Kurzfassung
Diese Arbeit präsentiert zwei Messungen mit Datensätzen, die mit dem CMS-Detektor am LHC in Proton-Proton-Kollisionen aufgezeichnet wurden.
Zunächst wird die Messung von Skalenfaktoren für die Auflösung des Transversalimpulses von Jets durchgeführt, gefolgt von der Messung der Jet-Masse in hadronischen Zerfällen von hochenergetischen Top-Quarks und der Bestimmung der Top-Quark-Masse.
In der ersten Analyse werden die Skalenfaktoren für die Jet-Energieauflösung für LHC Run 2 und Run 3-Daten gemessen.
Die Breite der Verteilung der Response-Funktion wird in Zweijetereignissen in Simulationen kalibriert, sodass sie mit der Breite in den Daten übereinstimmt.
Hierfür wird das Gleichgewicht des Transversalimpulses in solchen Ereignissen ausgenutzt.
Diese Methode wurde auf einen Transversalimpulsesbereich von 200 GeV bis 2000 GeV erweitert.
Eine verfeinerte Korrekturmethode für zusätzliche Abstrahlung verbessert die Unsicherheit und Zuverlässigkeit der Kalibrierung.
Die Kompatibilität der Simulationen mit den Daten wird untersucht, insbesondere in Regionen mit niedrigem Transversalimpuls, die durch die zusätzliche Jet-Aktivität eingeschränkt sind.
Die endgültige Kalibrierung wird für LHC Run 2-Daten in 2016, 2017 und 2018 mit einer integrierten Luminosität von 138 fb^-1 durchgeführt.
Außerdem wird die erste Kalibrierung für LHC Run 3-Daten in 2022 und 2023 mit 62 fb^-1 vorgestellt.
Die zweite Analyse präsentiert die Messung des differentiellen Produktionsquerschnitts von Top-Quark Paaren als Funktion der Jet-Masse in Zerfällen von hochenergetischen Top-Quarks, unter Verwendung von Daten, die während des LHC Run 2 gesammelt wurden mit 138 fb^-1.
Bei hohen Transversalimpulsen haben die Zerfallsprodukte von Top-Quarks einen hohen Lorentz-Faktor und können in einem einzigen Jet rekonstruiert werden.
Diese Rekonstruktionen von hadronischen Zerfällen von Top-Quarks ermöglicht die Erforschung neuer Energiebereiche.
Zudem kann die Jetmassenverteilung mit Berechnungen verglichen werden um die Masse des Top-Quarks in einem eindeutigen Massenschema zu bestimmen.
Der Schwerpunkt liegt auf den vorherrschenden Unsicherheiten in einem früheren Analyseergebnis, der Kalibrierung der Jet-Massenskala und der Modellierung der Endzustandsabstrahlung.
Die Unsicherheit der Jet-Massenskala wird durch die Kalibrierung auf die rekonstruierte W-Bosonen-Masse eingegrenzt.
Es wird eine verfeinerte Modellierung der Endzustandsabstrahlung eingeführt, die auf der N-Subjettiness basiert.
Dadurch wird die Unsicherheit der Jet-Massenskala um den Faktor drei reduziert und die Modellierungsunsicherheit der Endzustandsabstrahlung zu einer vernachlässigbaren Quelle von Unsicherheiten minimiert.
Die Jet-Masse in Daten wird entfaltet und zur Bestimmung der Masse des Top-Quarks verwendet und ergibt 173.06 +- 0.84 GeV
This thesis presents two analyses using data recorded by the CMS detector in proton-proton collisions at the LHC. First, a determination of the jet transverse momentum resolution scale factors is performed, followed by the measurement of the jet mass in hadronic decays of boosted top quarks and by an extraction of the top quark mass. The first analysis determines the jet transverse momentum resolution scale factors for data collected during the LHC Run 2 and Run 3 data-taking periods. The width of the jet energy response is calibrated in simulation to match the width in data, exploiting the transverse momentum balance in QCD dijet events. In this thesis, this method has been extended to cover a jet transverse momentum from 200 GeV to 2000 GeV. A modified correction method for additional jet activity is introduced, refining the uncertainty treatment and the reliability of the calibration. The compatibility of simulation to data is studied, particularly in low transverse momentum ranges which are constrained due to the additional jet activity. The final calibration for data collected at a center-of-mass energy of 13 TeV has been performed, covering the years 2016, 2017, and 2018, corresponding to an integrated luminosity of 138 fb^-1. Moreover, the first calibrations for data collected at 13.6 TeV is presented for 2022 and 2023 corresponding to 62 fb^-1. The second analysis presents the measurement of the differential top-quark pair production cross section as a function of the jet mass in decays of boosted top quarks, using data collected at 13 TeV corresponding to 138 fb^-1. At high momenta, the decay products of top quarks are highly Lorentz boosted and can be reconstructed within a single jet, which require a detailed understanding of the jet substructure. The reconstruction of the hadronic top quark decay in a single jet provides the opportunity to explore new energy regimes. Moreover, the jet mass distribution can be compared to analytic calculations, allowing for the extraction of the top quark mass in a well-defined mass scheme. In this work, the focus is set on the dominant uncertainties of an earlier analysis result, the calibration of the jet mass scale and the modeling of the final state radiation. The uncertainty of the jet mass scale is constrained by calibrating the jet mass scale to the reconstructed W boson mass. A refined modeling of the final state radiation is introduced, based on the N-subjettiness. This reduces the uncertainty of the jet mass scale by a factor of three and minimizes the final state radiation modeling uncertainty, making it a negligible source of uncertainties. The jet mass is unfolded to particle level and used to extract the top quark mass with 173.06 +- 0.84 GeV.