Measurement of Spin Correlations in Top/Anti-Top Events from pp Collisions at sqrt(s) = 7 TeV in the Lepton+Jets Final State with the ATLAS Detector
by Boris Lemmer
Date of Examination:2014-07-10
Date of issue:2014-09-25
Advisor:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Lucia Masetti
Referee:Prof. Dr. Ariane Frey
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-4699
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Description:Dissertation
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Abstract
English
The top quark decays before it hadronises. Before its spin state can be changed in a process of strong interaction, it is directly transferred to the top quark decay products. The top quark spin can be deduced by studying angular distributions of the decay products. The Standard Model predicts the top/anti-top quark (tt) pairs to have correlated spins. The degree is sensitive to the spin and the production mechanisms of the top quark. Measuring the spin correlation allows to test the predictions. New physics e ects can be reflected in deviations from the prediction. In this thesis the spin correlation of tt pairs, produced at a centre-of-mass energy of sqrt(s) = 7 TeV and reconstructed with the ATLAS detector, is measured. The dataset corresponds to an integrated luminosity of 4.6 fb-1. tt pairs are reconstructed in the lepton+jets channel using a kinematic likelihood fit offering the identi cation of light up- and down-type quarks from the t->bQ->bqq decay. The spin correlation is measured via the distribution of the azimuthal angle between two top quark spin analyzers in the laboratory frame. It is expressed as the degree of tt spin correlation predicted by the Standard Model, fSM. The results of fSM(DeltaPhi(charged lepton, down-type quark)) = 1.53 ± 0.14 (stat.) ± 0:32 (syst.); fSM(DeltaPhi(charged lepton, b-quark)) = 0.53 ± 0.18 (stat.) ± 0.49 (syst.); fSM(DeltaPhi(combined)) = 1.12 ± 0.11 (stat.) ± 0.22 (syst.); are consistent with the Standard Model prediction of fSM = 1.0.
Keywords: Top Quark, Spin, KLFitter
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Das Top-Quark zerfällt, bevor es hadronisiert. Bevor die Spin-Konfiguration des Top-Quarks durch Prozesse der Starken Wechselwirkung geändert werden kann, wird sie direkt an die Zerfallsprodukte des Top-Quarks weitergegeben. Rückschl usse auf den Spin des Top-Quarks können über Winkelverteilungen der Zerfallsprodukte gezogen werden. Die Spins von Top-/Anti-Top-Quark (tt) Paaren sind, gemäß der Vorhersage durch das Standardmodell, korreliert. Der Grad der Korrelation ist sensitiv auf den Spin und die Produktionsmechanismen des Top-Quarks. Die Messung der Spin-Korrelation bietet einen Test der Vorhersagen. Effekte von Physik jenseits des Standardmodells können sich in Abweichungen der vorhergesagten Spin-Korrelation manifestieren. In dieser Arbeit wird die Spin-Korrelation von Top-Quark Paaren, die bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s) = 7 TeV produziert und mit dem ATLAS Detektor rekonstruiert wurden, gemessen. Der Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von 4.6 fb-1. Die Top-Quarks wurden im Lepton+Jets Zerfallskanal mittels eines kinematischen Likelihood-Fits, der eine Trennung der leichten up- und down-Typ Quarks aus dem t->bW->bqq Zerfall erlaubt, rekonstruiert. Die Spin-Korrelation wird über die Verteilung des Azimutalwinkels zwischen zwei Top-Quark Spin-Analysatoren im Laborsystem gemessen. Sie wird als Grad fSM der Spin-Korrelation, wie sie im Rahmen des Standardmodells berechnet wird, angegeben. Die Messungen ergeben fSM(DeltaPhi(geladenes Lepton, down-Typ Quark)) = 1.53 ± 0.14 (stat.) ± 0.32 (syst.); fSM(DeltaPhi(geladenes Lepton, b-Quark)) = 0.53 ± 0.18 (stat.) ± 0.49 (syst.); fSM(DeltaPhi(kombiniert)) = 1.12 ± 0.11 (stat.) ± 0.22 (syst.). Die Ergebnisse stimmen mit der Berechnung im Rahmen des Standardmodells, fSM = 1.0, überein.
Schlagwörter: Top-Quark, Spin, KLFitter
