Authors:	Becker, Maurice
Title:	Measurement of ZZ production and search for anomalous neutral triple gauge couplings in pp collisions at [square root]s = 13 TeV with the ATLAS experiment
Online publication date:	10-Jul-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	Die Untersuchung von Boson Paarproduktion in Proton-Proton-Kollisionen am Large Hadron Collider (LHC) ist prädestiniert für Tests des elektroschwachen Sektors des Standardmodells und die Suche nach neuer Physik bei höchsten Energien. Einer dieser Prozesse ist die Produktion von zwei Z-Bosonen, welcher unter anderem ein dominanter Untergrund in der Analyse von Higgszerfällen in zwei Z-Bosonen ist. In dieser Arbeit wird eine Analyse der ZZ Produktion im leptonischen Zerfallskanal, l^+ l^- 〖l^'〗^+ 〖l^'〗^- (l,l^'=e,μ), vorgestellt. Die dazu genutzten Daten wurden vom ATLAS Experiment zwischen 2015 und 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von √s= 13 TeV aufgezeichnet und entsprechen einer integrierten Luminosität von 36.1 〖fb〗^(-1). Dabei werden Daten mit Z-Boson Kandidaten in einem Massenfenster von 66 GeV bis 116 GeV selektiert, mit Simulationen verglichen und verwendet, um differenzielle und integrierte Wirkungsquerschnitte zu messen. Die auf Detektoreffizienzeffekte korrigierten Wirkungsquerschnitte werden in einem Phasenraum bereitgestellt, welcher der Detektorakzeptanz entspricht. Die differentiellen Wirkungsquerschnitte werden als Funktion von sieben verschiedenen Observablen präsentiert, was unter anderem Variablen einschließt, welche sensitiv auf die Jetaktivität in ZZ Ereignissen sind. Die Analyse von ZZ Ereignissen mit weiteren Jets ist von besonderem Interesse, wenn man Eigenschaften höherer störungstheoretischer Korrekturen der Quantenchromodynamik untersuchen möchte. Der integrierte Wirkungsquerschnitt wird außerdem auf den ganzen Phasenraum, einschließlich aller Standardmodell Z-Boson Zerfälle, für Z-Bosonen mit einer invarianten Masse zwischen 66 GeV und 116 GeV extrapoliert. Der resultierende Wert von 17.3±0.9[±0.6(stat.)±0.4(syst.)±0.6(lumi.)] pb stimmt mit Standardmodellvorhersagen überein. Des Weiteren können ZZ Ereignisse verwendet werden, um nach Kopplungen von drei neutralen Bosonen zu suchen, welche im Standardmodell nicht erlaubt sind. Die hohe Schwerpunktsenergie des LHC bietet perfekte Bedingungen, um nach solchen Effekten zu suchen, welche hauptsächlich im Bereich hoher Energien erwartet werden. Dabei wird nach Abweichungen zwischen Standardmodellerwartung und Daten im Bereich hoher transversaler Impulse des Z-Bosonkandidaten gesucht, welches den höheren Transversalimpuls besitzt. Es konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden, weswegen Ausschlussgrenzen mit 95 % Konfidenzniveau (C.L.) auf vier verschiedene anormale Kopplungsparameter, welche auf zwei unterschiedliche Arten parametrisiert werden können, gesetzt werden. Die bisher besten, mit ATLAS-Daten bestimmten, Ausschlussgrenzen auf Kopplungsparameter, welche durch einen Ansatz zur Vertexparameterisierung erhalten werden, resultieren in: -0.0018<f_γ^4<0.0018, -0.0018<f_γ^5<0.0018, -0.0015<f_Z^4<0.0015, -0.0015<f_Z^5<0.0015. Zum ersten Mal werden auch folgende Ausschlussgrenzen auf Dimension 8 Operatoren gesetzt, welche sich aus einem Ansatz der effektiven Feldtheorie ergeben: "-5.9 " 〖"TeV" 〗^"-4" " <" 〖" C" 〗_("B" ̃"W" ) "/" "Λ" ^"4" " < 5.9" 〖"TeV" 〗^"-4" ",-3.0" 〖" TeV" 〗^"-4" "<" 〖" C" 〗_"WW" "/" "Λ" ^"4" " < 3.00" 〖" TeV" 〗^"-4" ",-3.3 " 〖"TeV" 〗^"-4" "<" "C" _"BW" "/" "Λ" ^"4" "<3.3" 〖" TeV" 〗^"-4" ", -2.7 " 〖"TeV" 〗^"-4" "<" "C" _"BB" "/" "Λ" ^"4" "<2.8" 〖" TeV" 〗^"-4" . The study of boson pair production in proton-proton (pp) interactions at the Large Hadron Collider (LHC) gives the opportunity to test the electroweak sector of the Standard Model and search for new physics at highest available energies. One of these processes is the production of two Z bosons, which is also a dominating background for analyses studying the decay of the Higgs boson to two Z bosons. A measurement of ZZ production in the l^+ l^- 〖l^'〗^+ 〖l^'〗^- (l,l^'=e,μ) decay channel is presented in this thesis. Data of pp collisions at √s= 13 TeV which was collected by the ATLAS experiment is used. The amount of collected data from 2015 and 2016 corresponds to an integrated luminosity of 36.1 〖fb〗^(-1). Selected data is compared to simulations for on-shell Z→l^+ l^- candidate masses in the range of 66 GeV to 116 GeV and used to extract differential and integrated cross sections. The cross sections are corrected for detector effects and measured in a fiducial phase space corresponding to the detector acceptance. The differential cross sections are provided as functions of seven observables, including some that describe the jet activity in the event. Analyzing ZZ events with additional jets is particularly important to study properties of higher order QCD corrections. The integrated cross section is also extrapolated to a total on-shell phase space and all Z boson decay modes in the Standard Model using simulations. The resulting cross section is 17.3±0.9[±0.6(stat.)±0.4(syst.)±0.6(lumi.)] pb, which is in good agreement with Standard Model predictions. The production of two Z bosons can also be used to search for neutral triple gauge boson couplings which are forbidden in the Standard Model. The high center of mass energy of the LHC is a perfect environment to search for such phenomena which are expected to be located predominantly at high energies. High tails of the transverse momentum distribution of the leading Z boson candidate are analyzed for deviations between the Standard Model expectation and data. No significant differences are found. Therefore 95 % C.L. limits on four different anomalous coupling parameters are set using two different parameterizations. The currently best limits extracted from ATLAS data on anomalous couplings using a vertex parameterization are -0.0018<f_γ^4<0.0018, -0.0018<f_γ^5<0.0018, -0.0015<f_Z^4<0.0015, -0.0015<f_Z^5<0.0015. For the first time also following limits are set on dimension 8 operators using an effective field theory parameterization: "-5.9 " 〖"TeV" 〗^"-4" " <" 〖" C" 〗_("B" ̃"W" ) "/" "Λ" ^"4" " < 5.9" 〖"TeV" 〗^"-4" ",-3.0" 〖" TeV" 〗^"-4" "<" 〖" C" 〗_"WW" "/" "Λ" ^"4" " < 3.00" 〖" TeV" 〗^"-4" ",-3.3 " 〖"TeV" 〗^"-4" "<" "C" _"BW" "/" "Λ" ^"4" "<3.3" 〖" TeV" 〗^"-4" ", -2.7 " 〖"TeV" 〗^"-4" "<" "C" _"BB" "/" "Λ" ^"4" "<2.8" 〖" TeV" 〗^"-4" .
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4467
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000020826
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	x, 193 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen