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

Abstract

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.