title: With bottom-up to the top and beyond
title: Differential measurement of the production cross-section of a pair of top quarks at the ATLAS experiment and search for beyond the standard model effects in the framework of effective field theories
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Sedlaczek, Kevin
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2022
Subjects: subject: High-energy physics
subject: ATLAS
subject: 530
subject: Hochenergiephysik
subject: ATLAS
subject: LHC

description: In this thesis, the measurement of the inclusive and differential production cross-sections of a top quark in association with an anti-top quark at large transverse momenta in proton-proton collisions, as well as one of the first direct interpretations of such a measurement in the framework of effective field theories (EFT) are presented. The measurement is based on data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider at CERN and corresponds to an integrated luminosity of 139 fb-1. Events of the process tt → WbWb→lvbqqb in the region of large transverse momenta are analyzed. After unfolding the data to particle level, the cross-section is presented as function of several kinematic variables relevant to this process. In order to validate the predictions based on the Standard Model of particle physics, the data is compared to several predictions and effects of higher order contributions in quantum chromodynamics are investigated. In this measurement, the impact of systematic uncertainties on the energy reconstruction of jets is reduced by employing a novel method. It introduces a scaling of the energies of the jets in order to decrease discrepancies in the reconstruction of jet energies in data and the different predictions. Using this precision measurement, an indirect and model-independent search for physics beyond the Standard Model (BSM) in the framework of EFT is performed. In particular, the effects of two EFT operators on the coupling of the top quark to gluons and other quarks are investigated. A model based on the two operators OtG and O(8)tq in the top-quark sector of the EFT framework is employed to interpret the measurement in the context of BSM physics. Bayesian statistics is used in order to set limits on the effects of these operators via their respective Wilson coefficients CtG and C(8)tq. This analysis is among the very first direct EFT interpretations of a differential cross-section measurement in the top-quark sector. The determined limits on C(8)tq are competitive with recent global combinations, while soundly treating all parameters of the interpretation and without employing any of the assumptions, typical in global combinations. Both Wilson coefficients are found to be compatible with the SM.
description: In dieser Arbeit wird die Messung der inklusiven und differentiellen Produktionswirkungsquerschnitte eines Top-Quarks in Verbindung mit einem Anti-Top-Quark bei großen Transversalimpulsen in Proton-Proton-Kollisionen vorgestellt. Des Weiteren wird eine der ersten direkten Interpretationen einer solchen Messung im Rahmen der effektiven Feldtheorien (EFT) vorgestellt. Die Messung basiert auf Daten, die mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider am CERN aufgenommen wurden und einer integrierten Luminosität von 139 fb-1 entsprechen. Es werden Ereignisse des Prozesses tt → WbWb→lvbqqb im Bereich großer Transversalimpulse analysiert. Nach der Entfaltung der Daten auf Teilchenebene wird der Wirkungsquerschnitt als Funktion mehrerer, für diesen Prozess relevanter, kinematischer Variablen untersucht. Um die Vorhersagen auf der Grundlage des Standardmodells der Teilchenphysik zu überprüfen, werden die Messungen mit verschiedenen Vorhersagen verglichen und die Auswirkungen von Korrekturen höherer Ordnung in der Quantenchromodynamik untersucht. Bei dieser Messung werden die Auswirkungen systematischer Unsicherheiten auf die Energierekonstruktion von Jets durch den Einsatz einer neuartigen Methode verringert. Dazu wird eine Skalierung der Energien der Jets eingeführt, um die Diskrepanzen bei der Rekonstruktion der Jet-Energien in den Daten und den verschiedenen Vorhersagen zu verringern. Mit dieser Präzisionsmessung wird eine indirekte und modellunabhängige Suche nach Physik jenseits des Standardmodells (BSM) im Rahmen der EFT durchgeführt. Insbesondere werden die Auswirkungen von zwei EFT-Operatoren auf die Kopplung des Top-Quarks an Gluonen und andere Quarks untersucht. Ein Modell, das auf den beiden Operatoren OtG und O(8)tq im Top-Quark-Sektor der EFT basiert, wird zur Interpretation der Messung im Kontext von Suchen nach BSM-Physik konstruiert und verwendet. Mit Hilfe der Bayes'schen Statistik werden die Auswirkungen dieser Operatoren über ihre jeweiligen Wilson-Koeffizienten CtG und C(8)tq begrenzt. Diese Analyse ist eine der ersten direkten EFT-Interpretationen einer differentiellen Wirkungsquerschnittsmessung im Top-Quark-Sektor. Die ermittelten erlaubten Parameterbereiche für C(8)tq sind konkurrenzfähig mit den jüngsten globalen Kombinationen, wobei alle Parameter der Interpretation konsistent behandelt werden und keine der für globale Kombinationen typischen Annahmen getroffen werden. Beide Wilson-Koeffizienten erweisen sich als kompatibel mit dem SM.