In dieser Arbeit wird die Suche nach vektorartigen und angeregten Quarks mit einer elektrischen Ladung von Q = 1/3 mit dem ATLAS-Detektor vorgestellt. Die Existenz solcher Quarks wird von verschiedenen Modellen jenseits des Standardmodells vorhergesagt, die bestimmte Schwächen der Theorie beseitigen können. Es wird nach einzeln produzierten Quarks aus zwei verschiedenen Modellen gesucht, da für diesen Produktionsmodus höhere Wirkungsquerschnitte im untersuchten Massenbereich vorhergesagt sind als für die Paarproduktion. Die Suche beschränkt sich auf Zerfälle der Quarks in W-Bosonen und Top-Quarks, wobei letztere fast ausschließlich in W-Bosonen und Bottom-Quarks zerfallen. Verlangt man, dass eines der W-Bosonen leptonisch zerfällt, erhält man Endzustände mit einem Lepton (Elektron oder Myon in diesem Fall), mehreren Jets, von denen einer als von einem Bottom-Quark stammend identifiziert werden kann, und fehlender Energie in der Transversalebene, die durch das beim leptonischen Zerfall entstandene und nicht detektierbare Neutrino hervorgerufen wird. Die daraus berechnete invariante Masse des neuen Quarks wird zur Unterscheidung zwischen Signal und Untergrund verwendet. Die Suche wurde auf dem am LHC im Jahr 2012 aufgenommenen Datensatz von Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV ausgeführt. Es wurde kein signifikanter Unterschied zum vorhergesagten Untergrund gemessen und deshalb Ausschlussgrenzen für Parameter der untersuchten Modelle berechnet. Da die vorgestellte Suche Gebrauch von der geboosteten Topologie der Signalereignisse im untersuchten Massenbereich macht, übertreffen die Ergebnisse bei Weitem die Ausschlussgrenzen für das angeregte Quarkmodell, die in der Vorgängersuche auf dem Datensatz von 2011 erhalten wurden und sind vergleichbar mit kürzlich auf dem Datensatz von 2012 mit dem CMS-Detektor gewonnenen Ergebnissen. Darüber hinaus ist es die erste Suche nach einzeln produzierten vektorartigen Quarks im untersuchten Modell. / A search for vector-like and excited down-type (Q = 1/3) quarks with the ATLAS detector is presented in this thesis. The existence of these quarks is predicted by various models beyond the Standard Model, motivated by some limitations of that theory. Quarks from two specific models are searched for in single production mode, as this is predicted to yield higher cross-sections than pair production in the investigated mass range. The search focuses on decays of the heavy quarks to a W boson and a top quark, the latter of which subsequently decays almost exclusively into another W boson and a bottom quark. Requiring one of the two W bosons to decay leptonically leads to final states containing exactly one lepton (electron or muon in this case), several jets, one of which can be identified as originating from a bottom quark, and some amount of missing energy in the transverse plane stemming from the neutrino of the leptonic W decay. The reconstructed mass of the heavy quark is used to discriminate between signal and background. This search was performed on 20.3 inverse femtobarns of proton-proton collision data collected at the Large Hadron Collider in the year 2012 with a centre-of-mass energy of 8 TeV. No significant excess of the data over the background could be observed and therefore exclusion limits were set on model parameters. The search presented here makes use of the boosted event topology that is prominent in the explored range of signal masses, allowing it to by far exceed the exclusion bounds obtained in the preceding search for the excited quark model on the 2011 data set, and producing results that are comparable to those from a recent search performed with the CMS detector on the 2012 data set. Additionally, it is the first search in the single production mode for that specific vector-like quark model.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/18145 |
| Date | 04 May 2016 |
| Creators | Rehnisch, Laura |
| Contributors | Lacker, Heiko, Straessner, Arno, Haller, Johannes |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Namensnennung, http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/ |
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