Search for new physics with top quark pairs in the l+jets channel at sqrt(s)=13 TeV with the ATLAS experiment at the LHC

Abstract

Das Standardmodell der Teilchenphysik verkörpert das gesammelte Wissen über die Zusammensetzung und Wechselwirkung gewöhnlicher Materie. Jedoch verbleiben Fragen unbeantwortet, die eine Erweiterung des Modells um neue Teilchen motivieren. Mittels direkter und indirekter Suchen sollen diese Lücken geschlossen werden, wobei das top Quark als schwerstes bekanntes Elementarteilchen eine zentrale Rolle spielt. In dieser Arbeit werden Daten des ATLAS Detektors am Teilchenbeschleuniger LHC analysiert, die 2015 und 2016 bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgezeichnet wurden. Anhand von konkreten Beispielen wird sowohl der direkte, als auch der indirekte Ansatz zur Suche nach Hinweisen auf neue physikalische Phänomene im ℓ+Jets Zerfallskanal der top-antitop Paarproduktion vorgestellt. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird in einer direkten Suche nach Hinweisen auf neue Physik das Massenspektrum von top-antitop Paaren auf Resonanzen von theoretisch vorhergesagten schweren Teilchen untersucht. Der Schwerpunkt der Analyse ist hierbei auf die Abschätzung des 𝑊+Jets Untergrundes gelegt, der in einer externen Kontrollregion bestimmt und basierend auf der Jetflavor abhängigen und daher unterschiedlich ausgeprägten 𝑊+/𝑊− Asymmetrie in den Wirkungsquerschnitten aus den Daten abgeschätzt wird. Da keine signifikanten Abweichungen von den Standardmodell Erwartungen innerhalb des top-antitop Massenspektrums beobachtet werden, können Ausschlussgrenzen im Bereich von 0.5 bis 3.8 TeV auf ausgewählte theoretische Modelle gesetzt werden. Im zweiten Teil wird eine indirekte Suche anhand der Präzisionsmessung der Ladungsasymmetrie in der top-antitop-Paarproduktion vorgestellt. Neben der inklusiven Messung wird auch eine differentielle Messung bezüglich der invarianten top-antitop Masse durchgeführt, die gerade bezogen auf geboostete top-Zerfälle im Bereich hoher Massen als besonders sensitiv eingeschätzt wird. Die zentrale Frage der Messung gilt jedoch dem Optimierungspotential der Analyse bezüglich der systematischen Unsicherheit durch die Verwendung des zuvor bestimmten 𝑊+Jets Untergrundes. Im Rahmen der Unsicherheiten stimmen die Ergebnisse der Ladungsasymmetriemessungen mit den Erwartungen gemäß des Standardmodells überein.