Kurzfassung
Die vorgelegte Arbeit umfasst zwei Analysen, die auf dem Datensatz basieren, der mit dem CMS-Detektor am LHC in Proton-Proton-Kollisionen in den Jahren 2016 bis 2018 aufgenommenen wurde. Der Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von ungefähr 137fb−1. Zunächst wird die Kalibrierung der Auflösung des transversalen Jetimpulses beschrieben, danach wird die Suche nach schweren, in ein Z- und ein Higgs-Boson zerfallenden Resonanzen präsentiert.
Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Methodik der Kalibration des transversalen Jetimpulses, die in der CMS-Kollaboration zur Anwendung kommt, detailliert beschrieben. QCD-Ereignisse mit zwei Jets werden genutzt, um die Breite der Verteilung des Ansprechverhaltens des Detektors in simulierten Ereignissen derjenigen in Daten anzugleichen. Ein großer Bereich des Transversalimpulses von Jets, von 100GeV bis hin zu 1TeV, wird auf diese Weise bis zu einer Pseudorapidität von |η| = 5.2 abgedeckt. Die Unsicherheiten der erhaltenen Ergebnisse sind um einen Faktor von bis zu 3 kleiner als die Unsicherheiten der vorherigen Messung. Insbesondere führt eine gründliche Behandlung der systematischen Unsicherheiten hierbei zu einer Verbesserung der Kalibrationsgenauigkeit. Die Ergebnisse aus Ereignissen mit zwei Jets werden zum ersten Mal mit denen aus Z+Jet-Ereignissen kombiniert, sodass die Kalibrierung auf Jets mit einem Transversalimpuls von mindestens 40 GeV ausgedehnt werden kann.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Suche nach der resonanten Produktion eines hypothetischen massiven Teilchens mit Spin 1, das in ein Z- und ein Higgs-Boson zerfällt, vorgestellt. Solche Resonanzen, die von einer Vielzahl an Theorien vorhergesagt werden, sind vielversprechende Kandidaten, um diverse Unzulänglichkeiten des Standardmodells zu beheben. Die Suche wird im Endzustand mit zwei Elektronen oder Myonen und einem Jet mit großem Radius, der als Produkt des hadronischen Zerfalls eines Higgs-Bosons identifiziert wurde, durchgeführt. Insbesondere werden Zerfälle in vier leichte Quarks (H → qqqq) und solche in zwei Charm-Quarks (H → cc) zum ersten Mal in diesem Zusammenhang studiert. Kürzliche Fortschritte beim Jet- Tagging mithilfe maschinellen Lernens werden ausgenutzt, um die Sensitivität dieser Suche zu maximieren. Eine vollständige statistische Kombination dieser Suche mit einer Analyse, die unsichtbare Zerfälle von Z-Bosonen untersucht, wird im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt. Es wird keine Abweichung von der Standardmodellvorhersage beobachtet, sodass obere Grenzen auf den Produktionswirkungsquerschnitt der neuen Resonanz gesetzt werden. Resonanzen, die ausschließlich in ein Z- und ein Higgs-Boson zerfallen, werden, je nach betrachtetem theoretischen Modell, unterhalb von Massen von 2.45 und 2.72 TeV ausgeschlossen. Die im Ergebnis erreichte Sensitivität auf hohe Resonanzmassen übertrifft diejenige des H → bb Kanals trotz dessen deutlich größeren Verzweigungsverhältnisses.
The work presented in this thesis comprises two analyses performed using 13 TeV proton-proton collision data recorded in the years 2016 to 2018 with the CMS detector at the LHC. The dataset analysed corresponds to an integrated luminosity of about 137fb−1. First, the calibration of the jet transverse momentum resolution is described, and second, the search for heavy resonances decaying to a Z and Higgs boson is presented. In the first part of this work, the technique for the calibration of the jet transverse momentum resolution adopted in the CMS Collaboration is described in detail. The method exploits QCD dijet events to calibrate the width of the jet response distribution in simulated events to match the one in data. A wide range in jet transverse momentum ranging from 100GeV to 1TeV is covered up to a pseudorapidity of |η| = 5.2. The uncertainties of the results obtained are improved by up to a factor of 3 compared to the previous measurement. In particular, a thorough statistical treatment of the systematic uncertainties leads to an enhanced calibration precision. The results derived with dijet events are combined for the first time with those obtained in Z+jet topologies, allowing the extension down to transverse momenta of 40 GeV. In the second part of this work, a search for the resonant production of a hypothetical spin-1 massive particle decaying into a Z and a Higgs boson is presented. Predicted by a multitude of theories, such diboson resonances are promising particles to resolve several shortcomings of the Standard Model. The analysis is carried out in the final state with two electrons or muons and a large-radius jet, identified as originating from the hadronic decays of a Higgs boson. In particular, the 4-prong (H → qqqq) and c flavour (H → cc) decays are targeted for the first time in this context. Recent advances in machine learning-based jet tagging algorithms are exploited to maximise the sensitivity of this search. A full statistical combination with an analysis targeting invisible Z boson decays is performed within the context of this thesis. No excess over the Standard Model expectation is observed and upper limits on the production cross section of the resonance are placed. Resonances decaying exclusively into a Z and a Higgs boson are excluded below masses of 2.45 and 2.72 TeV, depending on the theoretical model under consideration. The results obtained show a sensitivity to high resonance masses that exceeds that of the H → bb channel despite its much larger branching fraction.