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Search for Dark Matter produced in association with hadronically decaying Standard Model bosons using using 36 fb-1 of pp collisions at the ATLAS detector

Suchek, Stanislav

German Title: Suche nach Dunkler Materie in Assoziation mit hadronisch zerfallenden Standard Modell Bosonen basierend auf using 36 fb-1 of pp Kollisionsdaten mit dem ATLAS Detektor

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Abstract

Dark Matter composes a significant part of the observable Universe. Despite a solid cosmological evidence, its nature, properties and interaction with the Standard Model sector is still to be unraveled. A wide range of different dark matter models beyond the Standard Model can be probed at the Large Hadron Collider. Two searches for the dark matter particles produced in association with the hadronically decaying Standard Model vector bosons and Higgs boson $h$, decaying to a \bbbar pair, are presented. Both searches are performed using $36.1~\text{fb}^{-1}$ of the proton-proton collision data at $\sqrt{s} = 13~\text{TeV}$ collected with the ATLAS detector in 2015 and 2016. In preparation for the interpretation of the final search results, the performance of the \met triggers used in both analyses is studied. The scale factors are developed to correct for the discrepancy between the \met trigger efficiency in data and Monte Carlo simulation. No significant excess in the observed data over the Standard Model predictions is observed in both searches. The upper limits on the production cross-sections of $W/Z+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ and $h+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ events times the branching ratios of $W/Z \rightarrow q\bar{q}$ and $h \rightarrow b\bar{b}$ decays for the simplified vector mediator and $Z'$-2HDM model scenarios are set at 95\% confidence level. The limits are significantly improved relative to the previous results using $3.2~\text{fb}^{-1}$ of data. Additionally, the model-independent representation is introduced for the first time for both analyses. The generic upper limits on the visible cross-section of $W/Z+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ and $h+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ events at 95\% confidence level are presented in separate regions of the $E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ variable at the detector- and particle-levels.

Translation of abstract (German)

Dunkle Materie bildet einen bedeutenden Teil des beobachtbaren Universums. Trotz einer soliden kosmologischen Evidenz sind ihre Natur, Eigenschaften und Wechselwirkungen mit dem Standardmodellsektor noch nicht aufgeklärt. Eine Reihe verschiedener Dunkler Materie Modelle jenseits des Standardmodells können am Large Hadron Collider getestet werden. In dieser Arbeit werden zwei Suchen nach Modellen vorgestellt, bei denen die Dunklen Materieteilchen in Assoziation mit hadronisch zerfallenden Standardmodell-Vektorbosonen und Higgs-Bosonen $h$ erzeugt werden und zu einem \bbbar-Paar zerfallen. Beide Suchen verwenden $ 36.1~\text{fb}^{-1} $ der Proton-Proton-Kollisionsdaten bei $\sqrt {s} = 13~\text{TeV}$, die mit dem ATLAS-Detektor in den Jahren 2015 und 2016 aufgezeichnet wurden. In Vorbereitung auf die Interpretation der endgültigen Suchergebnisse wird die Effizienz der \met-Trigger untersucht, die in beiden Analysen verwendet werden. Dabei werden Skalierungsfaktoren entwickelt, um die Diskrepanz zwischen der Triggereffizienz in Daten und der Monte-Carlo-Simulation zu korrigieren. Bei beiden Suchen wurde kein signifikanter Überschuss der beobachteten Daten über den Standardmodell-Vorhersagen beobachtet. Die oberen Ausschlussgrenzen für die Produktionswirkungsquerschnitte von $W/Z+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ und $h+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$-Ereignissen multipliziert mit den Verzweigungsverhältnissen der $W/Z \rightarrow q\bar{q}$ und $h \rightarrow b\bar{b}$ Zerfälle für die vereinfachten Vektormediator- und $Z'$-2HDM-Modellszenarien werden bei einem Konfidenzniveau von 95\% gesetzt. Die Ausschlussgrenzen sind gegenüber den vorherigen Ergebnissen bei Verwendung von $3.2~\text{fb}^{-1}$ signifikant verbessert. Zusätzlich wird für beide Analysen erstmals die modellunabhängige Darstellung eingeführt. Die generischen oberen Auschlussgrenzen für den sichtbaren Wirkungsquerschnitt von $W/Z+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$ und $h+E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$-Ereignissen bei 95\% Konfidenzniveau werden in separaten Bereichen der $E_{\mathrm{T}}^{\mathrm{miss}}$-Variablen auf der Detektor- als auch auf Teilchenebene dargestellt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Brandt, Priv.-Doz. Dr. Oleg
Place of Publication: Heidelberg, Germany
Date of thesis defense: 21 November 2018
Date Deposited: 21 Dec 2018 07:56
Date: 2018
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
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