Kurzfassung
Eine Suche nach vektorartigen Quarks am CMS-Experiment mit Daten aus Proton-Proton Kollisionen wird in dieser Arbeit vorgestellt. Die verwendeten Daten, die einer integrierten Luminosität von 35.9 fb-1 entsprechen, wurden bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV aufgenommen. Die Suche fokussiert sich auf vektorartige Quarks als Signal, die in ein Top Quark und ein W Boson zerfallen und über elektroschwache
Prozesse produziert werden. Die einzeln produzierten Signale enthalten im Endzustand: ein Myon oder Elektron, hadronische Jets und fehlende transversale Energie.Aus den Messungen im Detektor werden diese Teilchen und die invariante Masse der vektorartigen Quarks rekonstruiert. Um die Sensitivität der Suche zu steigern, werden multivariater Algorithmen zur Erkennung von Top Quarks, W Bosonen und Bottom Quarks auf Jets angewendet, vor allem bei hohem Impuls. Die Messungen in dieser
Suche entsprechen der datengetriebenen Standardmodellvorhersage und kein Anzeichen für vektorartige Quarks ist vorhanden. Deshalb werden Ausschlussgrenzen auf das Produkt des Wirkungsquerschnitts und der Zerfallsrate der vektorartigen Quarks berechnet. Für den untersuchten Massenbereich der vektorartigen Quarks, zwischen 0.7 und 2 TeV, liegen die Ausschlussgrenzen zwischen 0.3 und 0.3 pb, bei einem Konfidenzniveau von 95%. Diese Ausschlussgrenzen sind abhängig von der Quarkkopplung,
dem Quarktyp und der Zerfallsbreite. Die vorgestellte Suche schließt Massen bis zu 1660 GeV mit eine Zerfallsbreite von 30% aus und hat die beste Sensitivität im tW Kanal für die untersuchten Signale an Hochenergie-Experimenten.
In this thesis, proton-proton data is analysed in search of singly produced vector-like quarks. An integrated luminosity corresponding to 35.9 fb −1 was recorded with the CMS experiment in 2016 at the LHC at √s = 13 TeV. The search is designed for vector-like quarks decaying into a W boson and a top quark with a muon or electron, hadronic jets, and missing transverse momentum in the final state. From the decay products, the invariant mass of the vector-like quark and the Standard Model background prediction, determined from control regions in data, are reconstructed. The event selection is optimised for the reconstructed invariant mass with simulation. Bottom quarks, boosted top quarks, as well as boosted W bosons reconstructed from hadronic decays and identified through algorithms, are exploited to increase the sensitivity of the search. No significant deviation from the background expectation of the Standard Model is observed, and exclusion limits at 95% confidence level are set for vector-like quark masses between 0.7 and 2 TeV. The exclusion limits on the product of the branching fraction and cross section range from 0.3 to 0.03 pb depending on the vector-like quark mass, the coupling, the relative width, and the type. Masses of up to 1660 GeV are excluded at a 95% confidence level for relative mass widths of 30%. The results of this analysis represent the most stringent results on single vector-like production, obtained in the tW channel.