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Measurement of the W boson production in association with jets using √s = 8TeV proton-proton collisions at the ATLAS detector

Lang, Valerie Susanne

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Abstract

The production of W bosons in association with jets serves as a precision test of perturbative quantum chromodynamics (pQCD). Split into W⁺ and W⁻ production, it provides access to the valence quark composition in the proton. The measurement of W + jets production presented here uses 20.3fb⁻¹ of proton-proton collision data at a center-of-mass energy of √s = 8TeV recorded with the ATLAS detector. The cross section measurement is performed in the decay channel W → eν for the charge-independent W production as well as W⁺ and W⁻ production separately, as a function of the jet multiplicity and differentially as a function of six observables in association with at least one or two jets. The results are compared to leading-order multi-leg and next-to-leading order pQCD calculations. The cross section ratio (W⁺ + jet)/(W⁻ + jet) is shown to be sensitive to the ratio of valence quark distribution functions in the proton, in a range of the momentum fraction x ∼ 0.1 − 0.5. This range is accessible so far mainly by fixed-target deep inelastic scattering experiments and the W asymmetry measurements at the Tevatron. The ratio of W⁺ to W⁻ production is measured as a function of the jet multiplicity and six observables in the presence of at least one or at least two jets, providing essential input to global fits of parton distribution functions.

Translation of abstract (German)

Die Produktion von W Bosonen in Verbindung mit Jets ermöglicht einen präzisen Test störungstheoretischer Berechnungen der Quantenchromodynamik (pQCD). Aufgeteilt in W⁺ und W⁻ Produktion, erlaubt sie Rückschlüsse auf die Valenzquark-Struktur des Protons. Die hier beschriebene Messung der W + jets Produktion basiert auf 20,3fb⁻¹ an Daten von Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 8TeV, aufgezeichnet mit dem ATLAS Detektor. Die Messung der Wirkungsquerschnitte wird im Zerfallskanal W → eν für die ladungsunabhängige W Produktion, sowie W⁺ und W⁻ Produktion, als Funktion der Anzahl an Jets und differentiell als Funktion von sechs Observablen in Verbindung mit einem oder zwei Jets durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit pQCD Berechnungen führender und nächst-führender Ordnung verglichen. Der Quotient der Wirkungsquerschnitte (W⁺ + jet)/(W⁻ + jet) wird als sensitiv befunden hinsichtlich des Verhältnisses der Valenzquark-Verteilungsfunktionen im Proton in einem Bereich des Impulsanteils von x ∼ 0,1−0,5. Dieser Bereich ist bisher hauptsächlich mittels Fix-Target-Experimenten zu tief-inelastischer Streuung sowie W Asymmetriemessungen am Tevatron zugänglich. Der Quotient aus W⁺ und W⁻ Produktion wird als Funktion der Anzahl an Jets sowie sechs Observablen bei mindestens einem oder zwei vorhandenen Jets gemessen und liefert wichtigen Input für globale Fits von Parton-Verteilungsfunktionen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schultz-Coulon, Prof. Dr. Hans-Christian
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 26 July 2016
Date Deposited: 24 Aug 2016 11:47
Date: 2016
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: ATLAS, 8TeV, W+jets, LHC
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