Search for top quark-antiquark pair resonances with the ATLAS experiment
Creators: name: Wasicki, Christoph
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2022
Subjects: subject: Elementarteilchenphysik
subject: Exotische Suche
subject: Top-Quark
subject: Top-Paar-Resonanzen
subject: ATLAS
subject: LHC
subject: CERN
subject: particle physics
subject: exotic particle search
subject: top pair resonances
subject: top quark
subject: top tagging
subject: 530 Physik

description: Diese Dissertation beschreibt die Suche nach Resonanzen in der Erzeugung von Top-Quark-Antiquark-Paaren in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV. Die ausgewerteten Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 20.3 fb-1 und wurden mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider aufgezeichnet. Die Analyse basiert auf Ereignissen mit genau einem geladenen Lepton, fehlendem Transversalimpuls und Teilchenjets im Endzustand. Mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzes wird bei gleicher Signaleffizienz eine präzisere Identifikation von hochenergetischen, hadronisch zerfallenden Top-Quarks erzielt als mit bisher verwendeten Verfahren. Darauf aufbauend wird eine Ereignisselektion für die Erkennung von s-Kanal-Resonanzen mit Spin-1 optimiert. Eine verbesserte Abschätzung des erwarteten Untergrunds wird eingeführt, die den Einfluss der systematischen Unsicherheiten verringert. Die untersuchten Massenspektren der rekonstruierten Top-Quark-Paare weisen keine signifikante Abweichung von den Vorhersagen des Standardmodells auf. Im Vergleich zu schnittbasierten Suchstrategien lassen sich für Massen über 2 TeV etwa 30% bessere bayessche obere Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt einer schmalen Resonanz eines leptophobischen Z'-Bosons in einem Technicolour-Modell sowie einer breiten Kaluza-Klein-Anregung des Gluons in einem Randall-Sundrum-Modell erzielen. Ausgehend von den beobachteten Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt werden eine Z'-Resonanz bis zu einer Masse von 2.5 TeV und ein Randall-Sundrum Kaluza-Klein-Gluon bis zu einer Masse von 2.9 TeV ausgeschlossen. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber bisherigen Suchen in vergleichbaren Datensätzen dar.
description: A search for new heavy particles that decay into top quark-antiquark pairs is presented using an integrated luminosity of 20.3 fb-1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of 8 TeV with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. The analysis considers events with exactly one charged lepton, missing transverse momentum and jets in the final state. An artificial neural network is utilized to identify hadronically decaying top quarks with high Lorentz boost more precisely than established methods at the same signal efficiency. Based on this, a novel method optimized for the detection of s-channel resonances with spin 1 is created. An enhanced estimation of the background expectations is introduced, which reduces the impact of the systematic uncertainties on the analysis. No significant deviation from the background predicted by the Standard Model of particle physics is observed in the invariant mass spectrum of the top-quark pair candidates. Bayesian upper cross-section limits on a narrow resonance from a leptophobic Z' boson in the framework of a technicolour model and a broad Kaluza-Klein excitation of the gluon in a Randall-Sundrum model are both found to be about 30% better at resonance masses of at least 2 TeV relative to a cut-based search strategy. Based on the observed cross-section limits, a topcolour-assisted technicolour Z' boson up to a mass of 2.5 TeV and a Randall-Sundrum Kaluza-Klein gluon up to a mass of 2.9 TeV are excluded. These are the most stringent exclusion limits on the resonance mass as compared to other searches based on similar data sets.