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Abstract

A measurement of Z boson plus jet, W boson plus jet and photon plus jet production at high transverse boson momentum in proton-proton collisions at √s = 13 TeV is presented. The measurement is performed using data collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider with an integrated luminosity of 139 fb −1 . Differential cross sections are measured for final states with the Z boson decaying to a pair of neutrinos or a pair of oppositely charged electrons or muons, the W boson decaying to an electron-neutrino or a muon-neutrino pair and for final states containing at least one photon. The cross sections are measured both in a monojet-like topology, where the boson recoils against at least one energetic jet (p T ≥ 120 GeV) and in a vector boson fusion topology with at least two jets separated in rapidity. The measured cross sections are compared to next-to-leading order QCD predictions from Sherpa and are found to agree within the uncertainties. A measurement of cross section ratios is also presented to highlight the effect of correlated systematic uncertainties. Furthermore the measured cross sections are used in a goodness-of-fit test to quantify the agreement with the Standard Model. Good agreement is observed in a combined fit across all measured final states. As no excess over the Standard model predictions is found, the measured cross sections are interpreted in the context of beyond the Standard Model physics. Improved exclusion limits are set on a model predicting pair production of weakly interacting Dark Matter.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit wird eine Messung der Z-Boson-plus-Jet-, W-Boson-plus-Jet- und Photon-plus-Jet- Produktion in Proton-Proton Kollisionen mit einer Schwerpunktsenergie von √s = 13 TeV und einem hohen Transversalimpuls des Bosons vorgestellt. Die Messung wird unter Verwendung von Daten durchgeführt, die mit dem ATLAS Detektor am Large Hadron Collider mit einer integrierten Luminosität von 139 fb −1 aufgenommen wurden. Für Endzustände, bei denen das Z-Boson in ein Neutrinopaar oder ein Paar entgegengesetzt geladener Elektronen oder Myonen zerfällt, das W-Boson in ein Elektron-Neutrino- oder ein Myon-Neutrino-Paar zerfällt und für Endzustände, die mindestens ein Photon enthalten, werden differentielle Wirkungsquerschnitte gemessen. Die Vektorbosonen werden dabei zusammen mit mindestens einem hadronischen Jet (p T ≥ 120 GeV) oder in einer Vektor-Boson- Fusionstopologie gemessen. Bei letzterer wird gefordert, dass die hadronischen Jets eine große Rapiditätsdifferenz aufweisen. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte werden mit QCD-Vorhersagen nächst-führender Ordnung verglichen, die mit Sherpa bestimmt wurden und stimmen im Rahmen der Unsicherheiten mit diesen überein. Es wird auch eine Messung von Wirkungsquerschnittsverhältnissen vorgestellt, um die korrelierten systematischen Unsicherheiten hervorzuheben. Darüber hinaus werden die gemessenen Wirkungsquerschnitte auf ihre Anpassungsgüte hin untersucht, um die Übereinstimmung mit dem Standardmodell zu quantifizieren. Bei einer kombinierten Anpassung über alle gemessenen Endzustände wird eine gute Übereinstimmung beobachtet. Da keine signifikanten Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells gefunden wurden, werden die gemessenen Wirkungsquerschnitte im Kontext von Physik jenseits des Standardmodells interpretiert. Für ein Modell, das die Paarproduktion von schwach wechselwirkender Dunkler Materie vorhersagt, werden verbesserte Ausschlussgrenzen bestimmt.