Measurement of the Production Cross-Section of Single Top Quarks in Association with W Bosons at ATLAS

Abstract

Das Ziel der vorgelegten Arbeit ist die Messung des Wirkungsquerschnittes der elektroschwach vermittelten Produktion einzelner Top Quarks in Assoziation mit einem W-Boson. Dieser Prozess wird auch abkurzend als Wt-Kanal bezeichnet. Die Vermessung dieses Produktionskanals stellt einen Test der Standardmodell-Vorhersage dar und bietet gleichzeitig die Moglichkeit durch einen Vergleich mit anderen Produktionskanalen fur einzelne Top Quarks (t- und s-Kanal) Ruckschlusse auf neue Physik jenseits des Standardmodells zu ziehen. Nach einer allgemeinen Einfuhrung zur Physik des Top Quarks folgt eine Beschreibung der fur die Detektion und Rekonstruktion physikalischer Objekte wichtigen Systeme des ATLAS-Detektors.Anschlie{\ss}end wird die Analyse der Proton-Proton-Kollisions Daten die im Jahr 2011 vom ATLAS Detektor am Large Hadron Collider (LHC) augzeichnet wurden prasentiert.Diese Daten wurden bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV aufgezeichnet und haben einen Umfang von 4.7 inverse femtobarn.Da die Produktionsrate des Wt-Kanals am LHC sehr klein im Vergleich zu seinem Hauptuntergrund ist, wurde ein Chi-Quadrat-basierter kinematischer Fit entwickelt um die Identifikation der Signalereignisse zu begunstigen. Hierbei werden W-Boson und Top-Quark aus den Endzustandsteilchen rekonstruiert und durch Bedingungen hinsichtlich der W-Boson und Top Quark Masse evaluiert. Der errechnete Chi-Quadrat-Wert gibt die Wahrscheinlichkeit an, mit der das einzelne Ereignis mit der Signal-Hypothese ubereinstimmt und kann als Schnittvariable verwendet werden um eine striktere Ereignisselektion zu erhalten. Die Messung ist von systematischen Unsicherheiten dominiert, die fast 100 % des gemessenen Wirkungsquerschnitts betragen.%%%%The work reported in this thesis is aimed at measuring the cross section of electroweak single top quark production in association with a W boson, a process also referred to as Wt-channel. The interest in this production mechanism relies in the confirmation of the Standard Model predictions together with the possibility of identifying new physics phenomena when comparing its cross section with the one of the other single top production modes (the t- and s-channel.) After providing a general introduction on the physics of the top quark and a description of the experimental setup employed for the detection and the reconstruction of the physics objects, the analysis of 4.7 femtobarn of proton-proton collision data at a centre-of-mass energy of 7 TeV, recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in the year 2011, is presentedSince the Wt channel production rate at the LHC is considerably smaller than its main background, a chi-squared based kinematic fit has been developed to help the identification of the signal events allowing the use of simultaneous mass constraints from the W boson and the top quark populating the final states. The chi-squared value in each event is then used as a parameter to rank the event in terms of its probability to match or not the signal hypothesis and a…