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Z →ττ Cross Section Measurement and ττ Mass Reconstruction with the ATLAS Detector at the LHC

Z→ττ Produktionswirkungsquerschnitte Messung und ττ Massenrekonstruktionsmethoden mit der ATLAS Detektor des LHC

by Despoina Evangelakou
Doctoral thesis
Date of Examination:2012-07-18
Date of issue:2012-11-14
Advisor:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Ariane Frey
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2922

 

 

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Name:evangelakou.pdf
Size:11.6Mb
Format:PDF
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Abstract

English

In this dissertation, the Z to tautau decay where one τ decays leptonically and the other one hadronically is presented. The process is studied with data collected from the ATLAS experiment in pp collisions at c-m-s = 7 TeV at the Large Hadron Collider (LHC). A first observation of the process and an initial measurement of its cross section is done with 36 pb-1 of data recorded during the 2010 run. The measured cross section value in the mass region 66-116~GeV is 857.6 +- 84.3(stat) +- 124.7(syst) +- 29.2(lumi) +- 2.8(theo) pb for the muon channel and 1142 +- 138.6(stat) +- 197.7(syst) +- 38.9(lumi) +- 2.6(theo) pb for the electron channel. The measurement is updated with 1.55-1.34 fb-1 of data taken in 2011 and is 912.4 +- 15.0(stat) +- 94.7(syst) +- 33.7(lumi) pb for the muon channel and 998.1 +- 23.7(stat) +- 131.9(syst) +- 36.9(lumi) pb for the electron channel. Finally, the clean Z to tautau sample is used to study ditau (ττ) mass reconstruction methods. The considered methods are effective mass, collinear approximation, missing mass calculator, `true'; transverse mass and bound mass. All methods are found to have advantages and disadvantages and their applicability depends on the needs of the analysis, such as whether it is for discovery or mass measurement purposes.
Keywords: Ztotautau; Z Cross Section; tautau mass reconstruction methods

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Das Thema dieser Doktorarbeit ist der Z to tautau Zerfall, bei dem ein tau leptonisch, und das andere hadronisch zerfällt. Für das Studium des Prozesses dienten Daten, die das ATLAS Experiment in pp Kollisionen bei c-m-s = 7 TeV am Large Hadron Collider (LHC) aufgezeichnet hat. Die erste Beobachtung des Prozesses und die erste Messung des Produktionswirkungsquerschnittes wurde anhand von 36 pb-1 von Daten, die in 2010 gesammelt wurden, durchgeführt. Der gemessene Wirkungsquerschnitt in der Massenregion von 66-116~GeV beträgt 857.6 +- 84.3(stat) +- 124.7(syst) +- 29.2(lumi) +- 2.8(theo) pb für den Muonenkanal und 1142 +- 138.6(stat) +- 197.7(syst) +- 38.9(lumi) +- 2.6(theo) pb für den Elektronenkanal. Diese Messung wurde mit 1.55-1.34 fb-1 Daten von 2011 verfeinert, die Ergebnisse sind 912.4 +- 15.0(stat) +- 94.7(syst) +- 33.7(lumi) pb für den Muonenkanal und 998.1 +- 23.7(stat) +- 131.9(syst) +- 36.9(lumi) pb für den Elektronenkanal. Ferner ist der weitgehend untergrundfreie Z to tautau Datensatz benutzt worden, um die Massenrekonstruktionsmethoden in di-tauonischen Endzuständen (ττ) zu studieren. Die untersuchten Methoden sind die effective mass, collinear approximation, missing mass calculator, `true'; transverse mass und bound mass. Das Fazit der Studie ist, dass jede der studierten Methoden ihre Vorteile und Nachteile hat, folglich sollte die Methodenwahl vom Ziel der Analyse, zum Beispiel die Suche nach einer Resonanz oder die Präzisionsmessung ihrer Masse, motiviert werden.
Schlagwörter: Ztotautau; Z Wirkungsquerschnitt; tautau Massenrekonstruktionsmethoden
 

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