Cross-section measurements of top-quark pair production in association with a hard photon at 13 TeV with the ATLAS detector

Zoch, Knut

dc.contributor.advisor	Quadt, Arnulf Prof. Dr.
dc.contributor.author	Zoch, Knut
dc.date.accessioned	2020-07-30T13:33:15Z
dc.date.available	2020-07-30T13:33:15Z
dc.date.issued	2020-08-25
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-1440-C
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8132
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8132
dc.language.iso	eng	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc	530	de
dc.title	Cross-section measurements of top-quark pair production in association with a hard photon at 13 TeV with the ATLAS detector	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.date.updated	2020-08-25
dc.contributor.referee	Quadt, Arnulf Prof. Dr.
dc.date.examination	2020-07-06
dc.subject.gok	Physik (PPN621336750)	de
dc.description.abstractger	Der LHC-Teilchenbeschleuniger kollidiert Protonen bei bis dato unerreichten Energien und produziert so auch große Mengen des sehr schweren Top-Quarks. Spätestens mit dem neuesten Datensatz bei 13 TeV Schwerpunktsenergie hat der LHC endgültig ein Präzisionszeitalter in der Top-Quark-Physik eingeläutet. Die Produktion eines Top-Quark-Paares in Assoziation mit einem Photon ($t\bar{t}\gamma$) ermöglicht den Zugang zur elektromagnetischen Top-Photon-Kopplung, eine der fundamentalen Eigenschaften des Top-Quarks. Diverse Modelle sagen eine veränderte Kopplungsstruktur oder -stärke voraus, daher wären Abweichungen in der $t\bar{t}\gamma$-Produktionsrate von der Standardmodell-Vorhersage ein starkes Indiz für Physik jenseits des Standardmodells. Der Elektron-Myon-Zerfallskanal weist das beste Signal-Untergrund-Verhältnis auf und ist außerdem präzise in Theorieberechnungen vorhergesagt worden. Da dieser Kanal mit dem neuen Datensatz des LHC-Teilchenbeschleunigers nicht mehr statistisch limitiert ist, ist er für eine Analyse nun von besonderem Interesse. Diese Dissertation präsentiert Ergebnisse auf Basis von Proton-Proton-Kollisionen, die während des Run 2 des LHC zwischen 2015 und 2018 bei 13 TeV Schwerpunktsenergie mit dem ATLAS-Detektor aufgezeichnet wurden. Der Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von 139 fb$^{-1}$. Um die Daten mit Präzisionsvorhersagen zu vergleichen, die auch andere als doppelt-resonante Diagramme berücksichtigen, wird eine kombinierte Messung der Prozesse $t\bar{t}\gamma + tW\gamma$ durchgeführt. Der Fokus dieser Arbeit liegt dabei auf der Bestimmung des inklusiven Wirkungsquerschnitts in einem Referenzphasenraum. Selektiert werden Ereignisse des Elektron-Myon-Kanals, die ein Photon, ein Elektron und ein Myon unterschiedlichen Ladungsvorzeichens sowie mindestens zwei Jets, von denen einer als $b$-Jet klassifiziert sein muss, beinhalten. Des Weiteren werden die ATLAS-Daten auf das sog. Parton-Level entfaltet und es werden differenzielle Wirkungsquerschnitte als Funktionen verschiedener Observablen präsentiert. Ein zusätzlicher Fokus der Dissertation liegt auf Studien, die die Nutzung von Machine-Learning-Algorithmen, insbesondere von neuronalen Netzen, für die Identifizierung von prompten Photonen untersuchen.	de
dc.description.abstracteng	25 years after the top quark's discovery, the Large Hadron Collider at CERN produces proton-proton collision data on unprecedented scales at unprecedented energies – and has heralded an era of top-quark precision measurements. The production of a top-quark pair in association with a photon ($t\bar{t}\gamma$) gives access to the electromagnetic top-photon coupling, one of the fundamental properties of the top quark. Various extensions of the Standard Model predict modifications of the coupling strength or structure, and deviations from the Standard Model prediction of the $t\bar{t}\gamma$ production cross-section would indicate new physics. With enough statistics available from the Large Hadron Collider, the electron-muon channel has gained particular interest due to its high signal purity and precise available theory predictions. This thesis presents results with the full Run 2 dataset collected with the ATLAS detector in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider between 2015 and 2018 at 13 TeV centre-of-mass energy, corresponding to an integrated luminosity of 139 fb$^{-1}$. In order to compare the results to fixed-order calculations that include non-doubly-resonant diagrams, a combined measurement of $t\bar{t}\gamma + tW\gamma$ is performed. The focus is placed on a measurement of the fiducial inclusive cross-section in the electron-muon channel, where exactly one photon, one electron and one muon of opposite charge sign, and at least two jets, one of which must be $b$-tagged, are selected. Furthermore, the ATLAS data is unfolded to parton level and measurements of differential cross-sections as functions of several observables are presented. Both fiducial inclusive and differential results are compared to state-of-the-art fixed-order calculations at next-to-leading order in QCD. An additional focus of the thesis is placed on studies to use machine-learning techniques, in particular deep neural networks, for the identification of prompt photons.	de
dc.contributor.coReferee	Erdmann, Johannes PD Dr.
dc.contributor.thirdReferee	Fleck, Ivor Prof. Dr.
dc.subject.eng	particle physics	de
dc.subject.eng	high-energy physics	de
dc.subject.eng	ATLAS experiment	de
dc.subject.eng	Standard Model	de
dc.subject.eng	top quark	de
dc.subject.eng	top-quark properties	de
dc.subject.eng	top-photon coupling	de
dc.subject.eng	cross-section measurement	de
dc.subject.eng	fiducial cross-section	de
dc.subject.eng	differential cross-section	de
dc.subject.eng	photon identification	de
dc.subject.eng	machine learning	de
dc.subject.eng	top-quark physics	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0005-1440-C-0
dc.affiliation.institute	Fakultät für Physik	de
dc.identifier.ppn	1725971879
dc.notes.externger	Korrigierte Version. Korrektur der Dissertation zwecks Aktualisierung einer Referenz und Ergänzung einer Zusammenfassung der persönlichen Beiträge.
dc.notes.externeng	Corrected version. Correction of the disseration to update one reference and the summary of personal contributions.

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