In der vorliegenden Dissertation wird eine Analyse zur Suche nach dem supersymmetri-schen Partner des Top-Quarks durch direkte Paarerzeugung am CMS Experiment vorgestellt. Supersymmetrie ist eine überzeugende Theorie zur Klärung vieler offener Fragen des Standardmodells. Bisherige Datenanalysen erbrachten jedoch keine Anzeichen für das Vorhandensein von supersymmetrischen Teilchen. Diese Erkenntnisse sowie die Entdeckung eines Higgs-Bosons mit einer Masse von 125 GeV durch die ATLAS und CMS Kollaborationen grenzen die Möglichkeiten für die Existenz der einfachsten supersymmetrischen Modelle stark ein. Komplexere Modelle mit leichten Squarks in der dritten Generation verlieren hingegen nicht ihren theoretischen Anreiz und haben Entdeckungspotential im 8 TeV Betrieb des Large Hadron Colliders.
Die folgende Analyse zur Suche nach direkter Top-Squark-Paarerzeugung wird in Endzustän-den mit einem einzelnen isolierten Lepton, Jets, von denen mindestens einer als B-Jet identifiziert wird und hoher fehlender transversaler Energie durchgeführt. Mit Hilfe einer halb-automatischen Vorgehensweise werden sechs Suchregionen definiert, um die Sensitivität der Analyse zu maximieren. Die Untergrundabschätzung erfolgt durch die Nutzung von simulierten Daten, die in Kontrollregionen mit geringer Signalkontamination validiert werden. In den Kontrollregionen werden Skalenfaktoren bestimmt, mit denen der Untergrund in den Signalregionen korrigiert werden kann. Die beobachteten Ergebnisse in der Signalregion stimmen mit dem vorhergesagten Untergrundverhalten unter Berücksichtigung der systematischen Unsicherheiten überein. Folglich gibt es keine Anzeichen für die Existenz von paarerzeugten Top-Squarks (t) in der Signalregion. Die Resultate der Analyse werden anschließend genutzt, um die Top-Squark-Paarerzeugung im Rahmen von Vereinfachten Modellen zu untersuchen. Zwei mögliche Top-Squark Zerfallskanäle werden betrachtet: der Zerfall in ein Top-Quark und ein Neutralino (χ0), → t χ0, sowie der Zerfall in ein Bottom-Quark und ein Chargino (χ+), t → b χ+, mit dem nachfolgenden χ+ → W χ0 Zerfall. Ausschlussgrenzen werden für die Verzweigungsverhältnisse von B(t →t χ0) = 100% und B(t → t χ0) = 50% bestimmt. Im ersten Fall werden für kleine Massen des leichtesten Neutralinos Top-Squarkmassen bis zu 600 GeV und im gemischten Zerfallsmodell bis 500 GeV ausgeschlossen. Die in der vorliegenden Dissertation vorgestellte Analyse ist die erste, die in der Lage ist, viele Modelle mit mt - mχ0 = mt for B(t → t χ0) = 50% und damit den möglichen Parameterraum von natürlichen SUSY Szenarien einzuschränken.
The analysis presented in this thesis is a search for direct pair production of supersymmetric top-quark partners at CMS.
Supersymmetry is a compelling theory providing possible solutions to several of the Standard Models limitations. However, previous searches for supersymmetric particles came back with empty hands. These results and the discovery of a Higgs boson with a mass of about 125 GeV by the ATLAS and CMS Collaborations strongly constrain the simplest supersymmetric models. Nevertheless, more sophisticated models with light third-generation squarks did not lose their theoretical appeal and are within the reach of the 8 TeV run of the Large Hadron Collider.
In this analysis, a search for direct top-squark (t0), t → t χ0, and the decay to a bottom quark and a chargino (χ+), t → b χ+, with the subsequent χ+ → W χ0 decay. Exclusion limits are set for branching ratios B(t → t χ0) = 100% and B(t → t χ0) = 50%. In the former case, for small mass values of the lightest neutralino, the analysis probes top-squark masses up to 600 GeV and up to 500 GeV in the mixed decay model. The analysis presented in this thesis is the first to be able to exclude several model points with mt - mχ0 = mt for B(t → t χ0) = 50%, restricting the allowed parameter space of natural SUSY scenarios.