Probing quantum chromodynamics with the ATLAS detector : charged-particle event shape variables and the dijet cross-section

Abstract

Die Quantenchromodynamik ist die zugrundeliegende Theorie der starken Wechselwirkung und kann in zwei Bereiche aufgeteilt werden. Harte Streuprozesse, wie zum Beispiel die Zwei-Jet-Produktion bei hohen invarianten Massen, können störungstheoretisch behandelt und berechnet werden. Bei Streuprozessen mit niedrigen Impulsüberträgen hingegen ist die Störungstheorie nicht mehr anwendbar und phänemenologische Modelle werden für Vorhersagen benutzt. Das ATLAS Experiment am Large Hadron Collider am CERN ermöglicht es, QCD Prozesse bei hohen sowie niedrigen Impulsüberträgen zu untersuchen. In dieser Arbeit werden zwei Analysen vorgestellt, die jeweils ihren Schwerpunkt auf einen der beiden Regime der QCD legen:rnDie Messung von Ereignisformvariablen bei inelastischen Proton--Proton Ereignissen bei einer Schwerpunktsenergie von $sqrt{s} = unit{7}{TeV}$ misst den transversalen Energiefluss in hadronischen Ereignissen. rnDie Messung des zweifachdifferentiellen Zwei-Jet-Wirkungsquerschnittes als Funktion der invarianten Masse sowie der Rapiditätsdifferenz der beiden Jets mit den höchsten Transversalimpulsen kann genutzt werden um Theorievorhersagen zu überprüfen. Proton--Proton Kollisionen bei $sqrt{s} = unit{8}{TeV}$, welche während der Datennahme im Jahr 2012 aufgezeichnet wurden, entsprechend einer integrierten Luminosität von $unit{20.3}{fb^{-1}}$, wurden analysiert.rn

Quantum chromodynamics, QCD, the theory of the strong interaction is split into two regimes. Scattering processes of the proton constituents, the partons, with a high momentum transfer $Q^2$ can be calculated and predicted with perturbative calculations. At low momentum transfers between the scattering particles perturbation theory is not applicable anymore, and phenomenological methods are used to describe the physics in this regime. The ATLAS experiment at the Large Hadron Collider, LHC, provides the possibility to analyze QCD processes at both ends of the momentum scale. Two easurements are presented in this thesis, emphasizing one of the two regimes each:rnThe measurement of charged-particle event shape variables in inelastic proton--proton collisions at a center-of-mass energy of $sqrt{s} = unit{7}{TeV}$ analyses the transverse momentum flow and structure of hadronic events.rnThe measurement of the double-differential dijet cross section as function of the dijet mass and rapidity separation of the two highest-transverse-momentum jets in an event, the leading and the subleading jet, probes the QCD up to the highest scales. Proton--proton collisions at $sqrt{s} = unit{8}{TeV}$ recorded during 2012, corresponding to an integrated luminosity of $unit{20.3}{fb^{-1}}$, are analyzed.rn