title: Unfolding the top: Measuring the quantum interference between singly and doubly resonant top-quark production at $\sqrt{s} = 13$ TeV with the ATLAS detector
Creators: name: Loiacono, Eleonora
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: Physik
subject: Partikelphysik
subject: Top-quark
subject: CERN
subject: Physics
subject: Particle Physics
subject: Top-Quark
subject: CERN
subject: 530 Physik

description: Das Top-Quark ist das schwerste bekannte Teilchen des Standardmodells (SM) und wird aufgrund seiner Bedeutung im Standardmodell (SM) und bei der Suche nach Physik jenseits des Standardmodells (BSM) am Large Hadron Collider (LHC) eingehend untersucht. Das Top-Quark kann in Paaren oder einzeln in Verbindung mit anderen Teilchen erzeugt werden. Das einzelne Top-Quark ist besonders wichtig, weil es weniger erforscht und theoretisch schwieriger zu behandeln ist. Die in dieser Arbeit vorgestellte Analyse füllt diese Lücke, indem sie den Querschnitt von WbWb misst, einem Endzustand sowohl von Top-Quark-Paaren als auch von Single-Top-Prozessen. Während die Top-Quark-Paare und Single-Top-Prozesse üblicherweise als unabhängige Prozesse behandelt werden, befasst sich die vorliegende Arbeit mit den Interferenzeffekten zwischen ihnen, die besonders bei höheren Ordnungen in der perturbativen QCD relevant werden und eine konsistentere theoretische Behandlung ermöglichen. Die Analyse verwendet semileptonische WbWb-Zerfälle. Um die Modellierung in einem breiten Phasenraum zu verbessern, werden zwei Phasenräume definiert: einer mit dem größten zugänglichen Wirkungsquerschnitt und ein anderer, der auf den für die BSM-Suche relevanten Phasenraum abzielt. Die Messungen des differentiellen Wirkungsquerschnitts sind wertvoll für die Bewertung und Abstimmung von Monte-Carlo-Generatoren, die Bestimmung von SM-Parametern und die Eingrenzung von Unsicherheiten bei der BSM-Suche. Using the full dataset from the ATLAS detector at the LHC collected in Run-2, this study contributes to a more comprehensive understanding of top-quark pair production and its implications for future physics searches. Die Ergebnisse dieser Arbeit können von der wissenschaftlichen Gemeinschaft weiter genutzt werden, ohne dass eine Detektorsimulation zur Abstimmung und Validierung der theoretischen Vorhersagen erforderlich ist.
description: The top-quark is the heaviest known particle of the Standard Model (SM) and it is extensively studied at the Large Hadron Collider (LHC) due to its importance in the Standard Model (SM) and in searches for physics Beyond the Standard Model (BSM). The top-quark can be produced in pairs or singularly in association with other particles. In particular, the single-top is important because less studied and more challenging to treat theoretically. The analysis presented in this thesis fills this gap, by measuring the cross-section of WbWb, which is a final state of both top quark pairs and single-top processes. While the top quark pairs and single top processes are commonly treated as independent processes, the presented thesis addresses the interference effects between them, which become particularly relevant at higher orders in perturbative QCD, providing a more consistent theoretical treatment. The analysis uses semileptonic WbWb decaysl. To improve the modelling in a broad phase-space, two phase space are defined: one to have the largest accessible cross-section, and another targeting the phase space relevant to BSM searches. The differential cross-section measurements are valuable for assessing and tuning Monte Carlo generators, determining SM parameters and constraining uncertainties in BSM searches. Using the full dataset from the ATLAS detector at the LHC collected in Run-2, this study contributes to a more comprehensive understanding of top-quark pair production and its implications for future physics searches. The result of this thesis can be further used by the scientific community without the limitation of needing a detector simulation to tune and validate the theoretical predictions.