Authors:	Wolf, Anton
Title:	Search for pair-produced first and second generation scalar leptoquarks in pp collisions at sqrt{s}=13 TeV & work with the liquid argon purity monitoring system in the ATLAS experiment
Online publication date:	11-Mar-2021
Year of first publication:	2021
Language:	english
Abstract:	The Large Hadron Collider (LHC) at CERN delivered data from proton-proton (pp) collisions up to the 13 TeV center of mass energy so far. In the future the energy is even planned to grow. The collected data allows to make more precise assumptions on the Standard Model (SM) and the search of new physics. It is essential to make sure that this data was collected under the best conditions of the ATLAS detector. In this thesis two different topics are covered. On the one hand the search for pair-produced first and second generation scalar leptoquarks in pp collisions at sqrt{s}=13 TeV with the ATLAS detector is described. On the other hand the work with the liquid argon purity monitoring system of the ATLAS detector is summarized. The search for pair-produced first and second generation scalar leptoquarks in pp collisions at sqrt{s}=13 TeV has been carried out using data with an integrated luminosity of 36.1 fb^{-1}. Leptoquarks are featured in a number of extensions of the Standard Model and may provide an explanation for the similarities of the quark and lepton sectors in the Standard Model. They also appear in models adressing some of the recent b-flavours anomalies. The presented search used events with at least two jets and two charged same-flavour leptons. The expected amount of background from Standard Model processes has been estimated using Monte Carlo simulations and methods based on already recorded data. It has been compared to recorded data and the results were interpreted using the profile likelihood method. No significant excess above the SM background expectation is observed in any channel and exclusion limits have been evaluated. Within the minimal Buchmüller-Rückl-Wyler model and assuming a branching ratio for the decay into a charged lepton and a quark of 50%, leptoquarks with masses up to 1.20 TeV are excluded with a confidence level of 95%. The liquid argon purity monitoring system consists of 30 monitors installed in the ATLAS detector, the software chain outside of the detector and several hardware components in between. In the most monitors Am and Bi ionization chambers are available. In order to fasten the visualization of the behaviour of the spectra from these ionization chambers the "expert panel" was designed from scratch and implemented to be ready to use instantly and directly on the production machine. Following by some indications seen on these spectra, the investigation on the high voltage mapping was performed with unexpected results which could be explained by the mismatching on the mapping. In order to better understand the behaviour seen on the spectra the so-called noise spectra were recorded under reduced detector conditions and their properties were studied. In the course of the ATLAS detector upgrade to be ready for the future Runs of LHC every subsystem including the LAr purity monitoring system has to be prepared for this. The first thoughts about the possible upgrade steps are summarized in this thesis. Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN hat bisher Daten von den Proton-Proton (pp) Kollisionen mit der Schwerpunktsenergie bis zu 13 TeV geliefert. In der Zukunft ist geplant die Energie noch weiter zu erhöhen. Die gesammelten Daten erlauben es noch präzisere Aussagen über das Standardmodell zu liefern und sind zudem Teil der Suche nach Neuer Physik. Es ist wichtig sich zu vergewissern, dass diese Daten unter besten Konditionen des ATLAS Detektors gesammelt wurden. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Themen behandelt: zum einen die Suche nach paar-produzierten skalaren Leptoquarks der ersten und zweiten Generation in pp Kollisionen bei sqrt{s}=13 TeV mit dem ATLAS Detektor, zum anderen die Arbeit an dem System zur Reinheitsbestimmung des flüssigen Argons im ATLAS Detektor. Die Suche nach paar-produzierten skalaren Leptoquarks der ersten und zweiten Generation in pp Kollisionen bei sqrt{s}=13 TeV wurde ausgeführt unter Verwendung der Daten mit der integrierten Luminosität von 36.1 fb^{-1}. Die Leptoquarks sind in mehreren Erweiterungen des Standardmodells vorgestellt und könnten eine Erklärung für die Ähnlichkeiten im Quark- und Leptonensektor des Standardmodells bieten. Sie erscheinen auch in einigen Modellen, die sich mit kürzlich entdeckten b-Anomalien befassen. Es werden Ereignisse mit mindestens zwei Jets selektiert und zwei geladenen Leptonen von dem gleichen Flavour. Die erwartete Anzahl an Untergrundereignissen von den Prozessen im Standardmodell wurde aus den Monte Carlo Simulationen und den datenbasierten Methoden gewonnen. Sie wurde mit den Daten verglichen, und die Resultate wurden mithilfe der Profile-Likelihood-Methode interpretiert. Kein signifikanter Überschuss in jedem Kanal oberhalb des Untergrunds von dem Standardmodell wurde beobachtet und die Ausschlussgrenzen wurden gesetzt. Innerhalb des minimalen Buchmüller-Rückl-Wyler Modells und vorausgesetzt, dass das Verzweigungsverhältnis für den Zerfall zu einem geladenen Lepton und Quark 50% beträgt, können Leptoquarks mit den Massen bis zu 1.20 TeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden. Das Überwachungssystem von der Reinheit des flüssigen Argons besteht aus 30 im ATLAS Detektor installierten Monitoren, der Softwarekette außerhalb des Detektors und vielen Hardware Komponenten dazwischen. Die meisten Monitoren enthalten Am und Bi Ionizationskammern. Um einen schnelleren Weg zur Visualisierung des Spektrumverhaltens von diesen Ionisationskammern zu finden, wurde ein "Expertpanel" von Grund auf neu entworfen und sofort gebrauchsfertig, direkt an der Produktionsmaschine implementiert. Aufgrund von Hinweisen auf Unstimmigkeiten in den Spektren, wurde die Kartierung von der Hochspannung untersucht. Dabei kam es zu unerwarteten Ergebnissen, die durch die Nichtübereinstimmung der Kartierung erklärt werden können. Um das Spektrumverhalten besser zu verstehen, wurden die sogenannten Rauschenspektren unter reduzierten Detektorbedingungen aufgezeichnet und ihre Eigenschaften studiert. Im Zuge des Upgrades von dem ATLAS Detektor, damit dieser für die zukünftigen Runs vom LHC bereit sein kann, müssen die Subsysteme, zu denen auch das Reinheitsüberwachungssystem von flüssigem Argon zählt, ebenfalls auf den neuesten Stand gebracht werden. Die ersten Gedanken über die mögliche Upgradeschritte sind in dieser Arbeit zusammengefasst.
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-5682
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-f4216220-96ba-43fc-8fc9-07a9823e8f376
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	CC BY
Information on rights of use:	https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Extent:	xii, 230 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen