Legacy cross-section measurements of the $t\bar{t}Z$ production process in the trileptonic final state at $\sqrt{s}=13\,$TeV with the ATLAS detector

by Steffen Korn
Doctoral thesis
Date of Examination:2023-06-23
Date of issue:2024-01-31
Advisor:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Arnulf Quadt
Referee:Prof. Dr. Marı́a Moreno Llácer
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10320

 

 

Files in this item

Name:Dissertation_Steffen_Korn_25-01-2024.pdf
Size:10.8Mb
Format:PDF

The following license files are associated with this item:

Abstract

English

After three years of data-taking during the second run of the LHC at CERN, Geneva, Switzerland, the ATLAS detector has recorded its most extensive proton-proton collision data set to date, allowing for a wide range of Standard Model (SM) precision measurements. Through this dataset, a large number of top quark pairs in association with a Z boson ($t\bar{t}Z$) and with it key SM parameters are accessible. Several theories beyond the SM provide possible extensions to the electroweak sector of the SM, leading to deviations of the $t\bar{t}Z$ production cross-section from its SM predictions in the presence of new physics. With the large dataset recorded by ATLAS, a final $t\bar{t}Z$ analysis has gained interest to provide legacy cross-section measurements and interpretations within the SM effective field theory to provide the most cohesive picture of the $t\bar{t}Z$ production process to date. This work mainly presents the results of the inclusive cross-section measurement obtained using the $140\,\text{fb}^{-1}$ large Run2 dataset collected by the ATLAS detector between 2015 and 2018 at $13\,$TeV centre-of-mass energy. It focuses on the measurement of the inclusive cross-section in the trileptonic channel, where exactly three leptons (electrons or muons), two originating from a Z decay and one from a leptonic top quark decay and at least three jets, one of which must be b-tagged, are selected. The obtained data is unfolded using the profile-likelihood unfolding approach, and interpretations of the inclusive and differential measurements within the framework of the SM effective field theory are presented. A deeper focus of this thesis lies in developing neural-network-based classifiers for $t\bar{t}Z$ event classification in the trileptonic channel.
Keywords: High energy particle physics; ATLAS; Top Quark; Z Boson; CERN

German

Nach drei Jahren der Datennahme während des zweiten Laufs des LHC am CERN in Genf, Schweiz, hat der ATLAS-Detektor seinen bisher umfangreichsten Proton-Proton-Kollisions-datensatz aufgezeichnet, der eine breite Palette von präzisen Messungen des Standardmodells (SM) ermöglicht. Durch diesen Datensatz ist eine große Anzahl von Top-Quark-Paaren in Verbindung mit einem Z-Boson ($t\bar{t}Z$) und damit wichtige SM-Parameter zugänglich. Mehrere Theorien jenseits des SM bieten mögliche Erweiterungen für den elektroschwachen Sektor des SM. Abweichungen des $t\bar{t}Z$-Produktionsquerschnitts von den SM-Vorhersagen würden auf das Vorhandensein einer neuen Physik hinweisen. Mit dem großen Datensatz, der von ATLAS aufgezeichnet wurde, hat eine abschließende $t\bar{t}Z$-Analyse an Interesse gewonnen, um finale Querschnittsmessungen und Interpretationen innerhalb der effektiven SM-Feldtheorie bereitzustellen und so ein möglichst zusammenhängendes Bild des $t\bar{t}Z$-Produktionsprozesses zu erhalten. In dieser Arbeit werden vornehmlich die Ergebnisse der Messung des inklusiven Wirkungsquerschnitts vorgestellt, die mit dem $140\,\text{fb}^{-1}$ großen Run2-Datensatz gewonnen wurden, der vom ATLAS-Detektor zwischen 2015 und 2018 bei $13\,$TeV Massenschwerpunktenergie gesammelt wurde. Er konzentriert sich auf die Messung des inklusiven Wirkungsquerschnitts im trileptonischen Kanal, bei dem genau drei Leptonen (Elektronen oder Myonen), von denen zwei aus einem Z-Zerfall und eines aus einem leptonischen Top-Quark-Zerfall stammen, und mindestens drei Jets, von denen einer b-tagged sein muss, ausgewählt werden. Die erhaltenen Daten werden entfaltet, und es werden Interpretationen der inklusiven und differentiellen Messungen im Rahmen der effektiven Feldtheorie des SM vorgestellt. Ein tieferer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung von Klassifikatoren auf der Basis neuronaler Netze zur Klassifizierung von $t\bar{t}Z$-Ereignissen im trileptonischen Kanal.
 
Statistik