Kurzfassung
Das skalare Boson, das im Jahr 2012 vom ATLAS- und CMS-Experiment am LHC entdeckt wurde und dessen Eigenschaften in den Jahren seither mit steigender Präzision vermessen wurden, entspricht bislang innerhalb der Messgenauigkeiten den Erwartungen für das Higgs-Boson im Standardmodell der Teilchenphysik. Weiterführende und genauere Untersuchungen der Eigenschaften des Bosons sind von großem Interesse, da etwaige Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells den Weg zu einer fundamentaleren Beschreibung der Natur weisen könnten. Der Vergleich von vorhergesagten und gemessenen Wirkungsquerschnitten, sowohl differenziellen als auch inklusiven, erlaubt entsprechende Tests des Standardmodells. Einer der Zerfallskanäle, die besonders gut für die Messung der Eigenschaften des Higgs-Bosons geeignet sind, ist der Zerfall des Higgs-Bosons in ein Photonenpaar, $H/rightarrow/gamma/gamma$.
Basierend auf Proton-Proton-Kollisionsdaten des ATLAS-Experiments aus den Jahren 2015 bis 2017, die einer integrierten Luminosität von 79.8/fb bei einer Schwerpunktsenergie von $/sqrt{s}=13$/,TeV entsprechen, wurden inklusive und differentielle Wirkungsquerschnitte für Higgs-Boson-Produktion mittels des $H/rightarrow/gamma/gamma$ Zerfallskanals in einem Phasenraumvolumen gemessen, welches in guter Näherung mit der Detektorakzeptanz übereinstimmt. Der gemessene inklusive Produktions-Wirkungsquerschnitt für Higgs-Bosonen, welche in ein Photonenpaar zerfallen, beträgt im betrachteten Phasenraumvolumen $(60.4 /pm 8.6)$/,fb. Dieser Wert stimmt gut mit dem vom Standardmodell vorhergesagten Wert von $(63.5 /pm 3.3)$/,fb überein.
Der differentielle Wirkungsquerschnitt im transversalen Impuls des Higgs-Bosons, $p_/mathrm{T}^H$, ist sensitiv auf die Yukawa-Kopplungen zwischen dem Higgs-Boson und den Quarks, weshalb durch eine Analyse der $p_/mathrm{T}^H$-Verteilung Informationen über jene Kopplungen erlangt werden können. Unter Verwendung der ATLAS-Daten, die in den Jahren 2015 -- 2018 gesammelt wurden und einer integrierten Luminosität von 139.0/fb entsprechen, wurden Konfidenzintervalle für die Yukawa-Kopplungen zwischen dem Higgs-Boson und dem Bottom-Quark sowie dem Charm-Quark bestimmt. Das resultierende 95/,/%~CL-Konfidenzintervall für den Kopplungsmodifikator $/kappa_c = y_c/y_c^{SM}$ entspricht $/kappa_c /in [-19,/,25]$, wohingegen es im Falle von $/kappa_b = y_b/y_b^{SM}$ durch das Intervall $/kappa_b /in [-6,/,16]$ gegeben ist.
Die Messung von Photon-Identifikationseffizienzen und der Vergleich gemessener Werte mit Effizienzen aus Simulationen sind ein wichtiger Beitrag für photonbasierte Analysen von ATLAS-Daten, wie beispielsweise oben erwähnten Messungen von $H/rightarrow/gamma/gamma$ - Wirkungsquerschnitten. Photon-Identifikationseffizienzen wurden gemessenen auf Grundlage von 79.8/fb an Daten, welche in den Jahren 2015 -- 2017 genommen wurden. Die angewandte Methode stützt sich auf Transformationen von Variablen, welche die Form der elektromagnetischen Schauer von Elektronen und Photonen parametrisieren. Werden solche Transformationen auf Elektronen angewandt, die in Daten mittels einer /emph{Tag-and-Probe}-Methode gesammelt wurden, resultieren Objekte, deren Schauerformen denen von Photonen entsprechen. Auf Grundlage solcher photon-ähnlichen Objekte können Photon-Identifikationseffizienzen gemessen werden. Die Unsicherheiten für die gemessenen Effizienzen liegen im Bereich von 0.5/,/% bis 3/,/%.
The properties of the scalar boson that was first found in 2012 by the ATLAS and CMS experiments at the LHC are so far consistent with those of the Higgs boson, predicted by the Standard Model of particle physics. Further investigations of the boson's properties with increased accuracy are of immediate interest, as any deviation from Standard Model predictions could lead the way to a more fundamental theory of nature. The comparison of predicted and measured cross sections, both inclusive and differential, allows important tests of the Standard Model. One of the decay channels of the Higgs boson that is particularly well suited for measurements of Higgs boson production cross sections is the decay into a pair of photons, $H/rightarrow/gamma/gamma$. Based on proton-proton collision data collected with the ATLAS experiment in the data-taking periods in 2015 -- 2017 at a center-of-mass energy of $/sqrt{s} = 13$/,TeV, corresponding to an integrated luminosity of 79.8/fb, inclusive and differential Higgs boson production cross sections are measured in the $H/rightarrow/gamma/gamma$ decay channel in a fiducial phase-space volume. The observed fiducial inclusive cross section of Higgs production with the Higgs decaying to a pair of photons corresponds to $(60.4 /pm 8.6)$/,fb, which is in good agreement with the Standard Model prediction of $(63.5 /pm 3.3)$/,fb. The differential cross section in the Higgs boson transverse momentum, $p_/mathrm{T}^H$, is sensitive to the Yukawa couplings between the Higgs boson and quarks; therefore, limits for these couplings can be set by performing a fit on the observed $p_/mathrm{T}^H$ distribution. In this work, limits are set on the Yukawa couplings between both bottom and charm quarks and the Higgs boson, using ATLAS $pp$ collision data collected in the years 2015 -- 2018, corresponding to an integrated luminosity of 139.0/fb. The charm quark Yukawa coupling modifier, $/kappa_c = y_c/y_c^{SM}$, has been constrained to $/kappa_c /in [-19,/,25]$ at 95/,/%~CL, while for the bottom quark Yukawa coupling modifier, $/kappa_b = y_b/y_b^{SM}$, the corresponding confidence interval was determined to be $/kappa_b /in [-6,/,16]$. The measurement of photon identification efficiencies and a comparison with efficiencies in simulation are an important input for photon-based analyses of ATLAS data such as the above mentioned measurement of $H/rightarrow/gamma/gamma$ cross sections. Using the data recorded in the years 2015 -- 2017, corresponding to an integrated luminosity of 79.8/fb, photon identification efficiencies are measured using a method that relies on applying transformations to variables parametrizing the shape of the electromagnetic showers of electrons and photons. A pure and unbiased sample of electrons to which these transformations are applied is selected with a tag-and-probe method. The transformed electrons are photon-like objects and as such can be used to measure photon identification efficiencies. Depending on the considered region of pseudorapidity and photon transverse momentum, the uncertainties on these efficiencies range from 0.5/,/% to 3/,/%.