Kurzfassung
Ein zusa ̈tzliches schweres Higgs-Boson wird von vielen u ̈ber das Standardmodell
hinausgehenden Theorien vorhergesagt, wie zum Beispiel dem Two-Higgs-Doublet-
Model (2HDM). Der dominante Untergrund in der Suche nach dem Zerfall eines
solchen schweren Higgs-Bosons im Zerfallskanal ZZ → l+l−νν ̄ (l = Elektronen,
Myonen, ν = Neutrinos) ist die Produktion eines Z-Boson Paares. Die in der
aktuellen ATLAS-Analyse verwendete Methode benutzt zur Abscha ̈tzung dieses
Untergrundes Monte Carlo generierte Datensa ̈tze. Die assoziierten Unsicherheiten
dominieren die systematischen Unsicherheiten der Suche. Diese Arbeit pra ̈sentiert
eine datenbasierte Methode, die Zγ-Methode, um den ZZ-Untergrund abzuscha ̈tzen
und die systematischen Unsicherheiten zu reduzieren. Dafu ̈r nutzt die Zγ-Methode die Ahnlichkeit zwischen den ZZ- und Zγ- Prozessen aus, besonders in Regionen, in denen die Massendifferenz zwischen dem Z-Boson und dem Photon vernachla ̈ssigbar
ist. Das Verha ̈ltnis der Wirkungsquerschnitte von ZZ/Zγ wird als Funktion des
Transversalimpuls des νν-Systems und des Photons mit Hilfe der Generatoren
Matrix und Sherpa berechnet. Dieses Verha ̈ltnis wird dann zusammen mit einer
Korrektur der Rekonstruktionseffizienz der Photonen auf die Zγ-Ereignisse aus
den experimentellen Daten angewandt, um die Produktion des ZZ-Untergrunds zu
imitieren. Die systematischen Unsicherheiten der Zγ-Methode werden pra ̈sentiert
und die Ergebnisse mit der Monte Carlo basierten Abscha ̈tzung des ZZ-Untergrunds
verglichen. Da fu ̈r die diskutierte Analyse eine korrekte Rekonstruktion des fehlenden
Transversalimpulses Emiss unerla ̈sslich ist, werden ebenso Studien u ̈ber den overlap T
removal des Emiss-Algorithmus, die falsch rekonstruierte Emiss reduzieren, gezeigt. TT
Die experimentellen Ergebnisse beru ̈cksichtigen die gesamten von ATLAS in Run-2 in Proton-Proton-Kollisionen bei √s = 13 TeV gesammelten Daten (2015−2018), die einer integrierten Luminosita ̈t von 139 fb−1 entsprechen. Es wird keine sig- nifikante Abweichung von der Standardmodellvorhersage beobachtet. Es werden Ausschlussgrenzen fu ̈r den Produktionswirkungsquerschnitt mal der ZZ Zerfallsbreite eines schweren Higgs-Bosons fu ̈r ein Konfidenzlevel von 95% gezeigt.
An additional heavy Higgs boson is predicted by many models, such as the two-Higgs- doublet model (2HDM). This thesis presents a data-driven method to estimate the dominant ZZ background in the search for the decay of such a heavy scalar particle to a pair of Z bosons in the ZZ → l+l−νν ̄ (l = electrons, muons, ν = neutrinos) final state. Currently, the ZZ → l+l−νν ̄ background is estimated from simulated Monte Carlo samples, and it contributes to the largest systematic uncertainties in the analysis. The idea of the Zγ method is to make use of the similarity of the ZZ and Zγ processes, especially in the regions where the mass difference between the Z and the photon does not matter. The ZZ/Zγ cross-section ratio is calculated as a function of the νν (or photon) transverse momentum by the Matrix and Sherpa generators. The ratio is then applied to the Zγ events in data, together with a correction of the photon reconstruction efficiency to mimic the production of the ZZ background. The systematic uncertainties on the estimate and comparisons of the results of the method with the Monte-Carlo-based estimate are presented as well. In such searches, the missing transverse momentum (Emiss) reconstruction is crucial. T Studies on the electron-jet overlap removal in the Emiss algorithms reducing fake T Emiss are shown. . The main experimental results presented use the full ATLAS Run-2 data sample (305-2018) in proton-proton collisions at 13 TeV centre-of-mass energy , corresponding to 139 fb-1. No significant excess over the Standard Model prediction is observed. Therefore, exclusion limits on the production cross-section times the branching ratio of a heavy Higgs boson decaying to ZZ are set at a 95% confidence level.