Kurzfassung
Diese Dissertation stellt Messungen des pp → Z/γ* → e+e- + X Produktionsquerschnitts und der Vorwärts-Rückwärts-Asymmetrie A_{FB} von Dielektron-Paaren mit dem ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider vor. Dafür wurden Daten von 2012 bei einer Schwerpunktsenergie von √s=8 TeV analysiert. Das entspricht einer integrierten Luminosität von 20.1 fb-1. Der Produktionsquerschnitt wurde ein- und dreifach differentiell gemessen als Funktion der Rapidität, der invarianten Masse und des Streuwinkels der Dielektron-Paare. Die Vorwärts-Rückwärts-Asymmetrie wurde doppelt differentiell gemessen als Funktion der invarianten Dielektronenmasse und Rapidität. Ereignisse wurden analysiert, wobei ein Elektron mit dem Vorwärts-Kalorimeter gemessen wurde. Das ermöglicht, gro{/ss}e Rapiditäten und Streuwinkel zu messen.
Der Prozess pp → Z/γ* → e+e- + X liefert reichhaltige Informationen über elektroschwache und QCD-Effekte. Der breite Massenbereich umfasst unterschiedliche Skalen der Wechselwirkung und ermöglicht, sowohl Photonen als auch Z-Boson-dominierte Bereiche zu untersuchen. Die Rapidität ermöglicht Rückschlüsse auf der Anteil des Impulses des ursprünglichen Protons, der von den wechselwirkenden Parton getragen wird, was die Messung sensitiv auf die Parton-Dichtefunktion (PDF) macht. Die Winkelverteilung ermöglicht, die fundamentalen Eigenschaften der elektroschwachen Wechselwirkung zu untersuchen, wie den schwachen Mischungswinkel, der mit Hilfe der Messungen von A_{FB} bestimmt werden kann.
Die Messungen wurden mit theoretischen Vorhersagen von NLO-QCD-Berechnungen verglichen. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte stimmen im Allgemeinen innerhalb der Unsicherheit mit den theoretischen Vorhersagen überein. Die Abweichung von den Vorhersagen, die in einigen Klassen gefunden wurde, rechtfertigt die Untersuchung von elektroschwachen Prozessen höherer Ordnung. Der Wirkungsquerschnitt kann in PDF-Fits und für die Bestimmung der elektroschwachen Parameter verwendet werden.
This dissertation presents measurements of the pp → Z/γ* → e+e- + X production cross-section and of the Forward-Backward asymmetry, A_{FB}, of dielectron pairs with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. Both measurements use the dataset collected in 2012 at a center-of-mass energy of √s=8 TeV corresponding to an integrated luminosity of 20.1 fb-1. The cross-section is measured single- and triple-differentially as a function of the rapidity, invariant mass and scattering angle of the dielectron pairs. The Forward-Backward asymmetry is measured double-differentially in bins of the dielectron invariant mass and rapidity. The study is performed with one of the final-state electrons detected in the forward calorimeter which allows large rapidities and scattering angles to be probed. The pp → Z/γ* → e+e- + X process is a rich source of information on electroweak and QCD effects. The wide range of dilepton invariant masses accessible to this measurement probes different scales of the interaction and provides access to both photon and Z boson dominated regions. The rapidity dependence provides information on the fraction of the initial proton's momentum carried by the interacting partons, which makes the measurement sensitive to the proton parton density functions. The angular distribution allows testing of fundamental properties of the electroweak interactions, giving access to the weak mixing angle via the A_{FB} measurements. The measurements are compared to theoretical predictions calculated at next-to-leading order QCD. The measured cross-sections agree with the theoretical calculation within the uncertainty in the bulk of the measured phase space. The deviation observed in certain phase space regions warrants the study of higher order electroweak and QCD corrections. The measured cross-sections can be used for PDF fits and for the determination of the electroweak parameters.