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Search for New Phenomena in Dijet Angular Distributions Measured with the ATLAS Detector in Proton-Proton Collisions at sqrt(s) = 7 TeV

Dietzsch, Thorsten

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Abstract

The high-energy proton-proton collisions at the LHC allow to probe hard QCD interactions at the highest momentum transfers and to search for physics beyond the Standard Model. Normalised dijet angular distributions are particularly suited for such searches due to their reduced sensitivity to systematic uncertainties. In this thesis, 4.8 fb-1 of proton-proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV, recorded with the ATLAS detector, are used to measure the dijet angular distributions in five bins of the dijet invariant mass. The data are compared to a QCD prediction which is obtained from Monte Carlo simulations and corrected for NLO effects. In the absence of significant deviations from the background prediction, 95% C.L. Bayesian limits are set on the characteristic parameters of two models for new phenomena. In a quark contact interaction scenario with destructive interference, the compositeness scale Lambda is excluded below 7.6 TeV, while the expected limit was 7.7 TeV. A quantum black hole model with six extra dimensions is excluded for values of the reduced Planck scale M_D below 4.1 TeV, with an expected limit at 4.2 TeV.

Translation of abstract (German)

Die hochenergetischen Proton-Proton-Kollisionen am LHC ermöglichen sowohl Tests harter QCD-Wechselwirkungen bei höchsten Impulsüberträgen als auch die Suche nach Physik jenseits des Standardmodells. Normierte Dijet-Winkelverteilungen sind aufgrund ihrer reduzierten Sensitivität auf systematische Unsicherheiten besonders für derartige Suchen geeignet. In der vorliegenden Arbeit werden mit dem ATLAS-Detektor gemessene Proton-Proton-Wechselwirkungen verwendet, um Dijet-Winkelverteilungen in fünf Bereichen der invarianten Dijetmasse zu messen. Die Kollisionen fanden bei einer Schwerpunktsenergie von sqrt(s) = 7 TeV statt, und die verwendete Datenmenge entspricht einer integrierten Luminosität von L = 4.8 fb-1. Die Daten werden mit einer QCD-Vorhersage aus Monte-Carlo-Simulationen verglichen, in der störungstheoretische Beiträge nächstführender Ordung durch geeignete Korrekturen berücksichtigt werden. Da die Messung keine signifikanten Abweichungen von der Untergrundvorhersage zeigt, werden Bayesische 95% C.L.-Ausschlussgrenzen auf die charakteristischen Parameter in zwei Modellen neuer Phänomene gesetzt. In einem Szenario für Quark-Kontaktwechselwirkungen mit destruktiver Interferenz wird die Compositeness-Skala Lambda bei einer erwarteten Grenze von 7.7 TeV unterhalb von 7.6 TeV ausgeschlossen. Ein Modell für Quanten-Schwarze-Löcher mit sechs Extradimensionen wird bei einer erwarteten Grenze von 4.2 TeV für Werte der reduzierten Planck-Skala M_D unterhalb von 4.1 TeV ausgeschlossen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schultz-Coulon, Prof. Dr. Hans-Christian
Date of thesis defense: 26 July 2013
Date Deposited: 07 Aug 2013 05:35
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: dijet angular distributions qcd quantum black holes compositeness quark substructure atlas lhc
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