title: Extraction of top-Yukawa coupling from ttbar cross-section in single-leptonic final state with √s = 13 TeV data from the ATLAS detector
Creators: name: Sinha, Supriya
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: top-Yukawa-Kopplung
subject: Standardmodell
subject: ATLAS Detektor
subject: Large Hadron Collider (LHC)
subject: Teilchenphysik
subject: top-Yukawa coupling
subject: Standard Model
subject: ATLAS detector
subject: Large Hadron Collider (LHC)
subject: Particle physics
subject: 530 Physik

description: Im Standardmodell der Teilchenphysik wird die Wechselwirkung von Fermionen mit dem Higgs-Feld als Yukawa-Wechselwirkung bezeichnet, deren Stärke proportional zur Masse der Fermionen ist. Diese Arbeit zielt jedoch darauf ab, das Verhältnis der Top-Yukawa-Kopplung zu ihrem SM-Wert (Yt), unter Verwendung differentieller Verteilungen des ttbar-Wirkungsquerschnitts zu messen. Die Analyse wird für den einfach-leptonischen Zerfallskanal unter Verwendung der Daten aus den Jahren 2015-2018 mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider durchgeführt. Der Austausch eines virtuellen Higgs-Bosons zwischen den beiden Top-Quarks verändert den differentiellen Wirkungsquerschnitt der ttbar-Produktion. Die elektroschwache Korrektur, die eine Funktion von Yt ist, geht ab der Ein-Schleifen-Ordnung in den Wirkungsquerschnitt ein. Die größte Yt Sensitivität liegt im Bereich nahe der Schwellenenergie der ttbar-Produktion, d.h. in der Region mit niedriger invarianter ttbar Masse (mtt). Anschließend wird eine detaillierte statistische Analyse durchgeführt, bei der alle relevanten Untergründe berücksichtigt werden, deren Beitrag zur gesamten Monte-Carlo-Vorhersage allerdings sehr gering ist. Die Daten werden mit einer Profil-Likelihood-Anpassung unter Verwendung von gebinnten mtt-Verteilungen für verschiedene Yt-Werte analysiert. Die Analyse wird von systematischen Unsicherheiten dominiert, wobei die Unsicherheiten in der Modellierung der Jet-energie und Auflösung am meisten zum resultierenden Fehler von Yt beitragen, gefolgt von theoretischen Modellierungsunsicherheiten für das ttbar-Signal. Eine Obergrenze für Yt wird mit einem Konfidenzniveau von 95% ermittelt. Die beobachtete Obergrenze liegt bei 2,32 für Yt, während die erwartete Obergrenze bei 2,06 liegt.
description: This thesis aims to measure the ratio of the top-Yukawa coupling strength over its Standard Model value using differential distributions of the ttbar cross-section. The method has an advantage over other conventional methods that it is independent of the Higgs coupling to other particles. This analysis is conducted on the single-leptonic decay channel using 2015-2018 (Run-2) data with a centre-of-mass energy of 13 TeV from the ATLAS detector at the Large Hadron Collider (LHC). The presence of a virtual Higgs boson between the two top quarks in the final state, modifies the differential cross-section of the ttbar production. The electroweak corrections, dependent on the coupling strength, start contributing to the cross-section at one-loop order, with the largest sensitivity observed in regions close to the production threshold energy. An algorithm is devised to specifically reconstruct the di-top invariant mass for each event. A detailed statistical analysis is conducted, considering all relevant backgrounds, whose contribution to the total Monte Carlo prediction is very small. A binned profile likelihood fit is performed on data using di-top mass distribution for different top-Yukawa coupling values. The analysis is dominated by systematic uncertainties, with jet energy modelling and resolution uncertainties, as well as the ttbar modelling uncertainties contributing the most to the resultant error on the coupling strength. As a result, an upper limit on the top-Yukawa coupling strength is obtained at 95% confidence level, with an observed value of 2.32, and an expected value of 2.06.