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Search for new physics with top quark pairs in the fully hadronic final state at the ATLAS experiment

Kolb, Mathis

German Title: Suche nach neuer Physik mit Top Quark Paaren im vollhadronischen Endzustand am ATLAS Experiment

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Abstract

Fully hadronic final states containing top quark pairs (tt) are investigated using proton-proton collision data at a center of mass energy of 13 TeV recorded in 2015 and 2016 by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN. The bucket algorithm suppresses the large combinatorial background and is used to identify and reconstruct the tt system. It is applied in three analyses. A model independent search for new heavy particles decaying to tt using 36 fb^-1 of data is presented. The analysis concentrates on an optimization of sensitivity at tt masses below 1.3 TeV. No excess from the Standard Model prediction is observed. Thus, upper limits at 95% C.L. are set on the production cross section times branching ratio of benchmark signal models excluding e.g. a topcolor assisted technicolor Z'_TC2 in the mass range from 0.59 TeV to 1.25 TeV. The prospects of a search for the production of the Higgs boson in association with tt using 33 fb^-1 of data recorded solely in 2016 are studied. The expected sensitivity based on statistical uncertainties implies that at least 950 fb^-1 of data would be required for an observation. From the additionally conducted trigger study it is concluded that developments at trigger level are required to use the analysis strategy presented in future searches for new physics.

Translation of abstract (German)

Vollhadronische Endzustände mit Top Quark Paaren (tt) werden mit Proton-Proton Kollisionsdaten, die 2015 und 2016 bei einer Schwerpunktenergie von 13 TeV am ATLAS Experiment am Large Hadron Collider am CERN aufgenommen wurden, untersucht. Der Bucket Algorithmus unterdrückt den großen kombinatorischen Untergrund und identifiziert und rekonstruiert das tt System. Er wird in drei Analysen angewendet. Eine modellunabhängige Suche nach schweren Teilchen, die in tt zerfallen, wird unter Verwendung von 36 fb^-1 an Daten präsentiert. Die Analyse konzentriert sich auf eine Verbesserung der Sensitivität bei niedrigen Ditop Massen unterhalb von 1.3 TeV. Es lassen sich keine Abweichungen von der Standardmodellvorhersage beobachten. Daher werden Grenzwerte mit 95% C.L. auf das Produkt aus Wirkungsquerschnitt und Verzweigungsverhältnis für Referenzsignalmodelle bestimmt, die z.B. erlauben das topcolor assisted technicolor Z'_TC2 zwischen 0.59 TeV und 1.25 TeV auszuschließen. Die Perspektiven der Suche nach der assoziierten Produktion eines Higgs Bosons mit tt werden anhand von 33 fb^-1 ausschließlich 2016 genommener Daten ermittelt. Die erwartete Sensitivität, basierend auf statistischen Unsicherheiten, würde mindestens 950 fb^-1 an Daten für eine Beobachtung erforderlich machen. Aus der zusätzlich durchgeführten Triggerstudie wird geschlussfolgert, dass Entwicklungen im Triggerbereich benötigt werden, um die präsentierte Analysestrategie in zukünftigen Suchen nach neuer Physik verwenden zu können.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schöning, Prof. Dr. André
Date of thesis defense: 21 November 2018
Date Deposited: 05 Dec 2018 12:07
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Elementarteilchenphysik, Experimentalphysik, LHC, ATLAS, t-Quark, Hochenergiephysik
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