Kurzfassung
In dieser Arbeit wird eine Messung der tt(bar) Produktion in pp Kollisionen am LHC mit 'geboosteten'
Topologien, d.h. mit hohen Transversalimpulsen der Top Quarks pT (t) > 400
GeV vorgestellt. Es handelt sich dabei um die erste Messung dieser Art im dileptonischen
Endzustand. Bis zum Ende von 2012 wurde mit dem CMS Detektor eine Datenmenge
aufgezeichnet die ca. 100000 produzierte tt(bar) Paare enthält die dileptonisch zerfallen
(tt(bbar) -> W+bW-b(bar) -> l+b l- b(bar)). Dieser Endzustand hat eine einzigartige Signatur:
zwei Leptonen (Elektronen und/oder Muonen), die im Detektor sehr gut identifiziert und
rekonstruiert werden können. Das kleine Verzweigungsverhältnis für Zerfälle in diesen
Endzustand wird durch eine grosse Signalreinheit der erhaltenen Datenmenge kompensiert.
In der Analyse wird der tt(bar) Endzustand vollständig kinematisch rekonstruiert. Dabei
werden sechs kinematische 'Constraints' benutzt um die nicht direkt detektierbaren zwei
Neutrinos im Endzustand zu rekonstruieren. Zwei spezielle Techniken wurden angewandt
um den Bedürfnissen der Analyse 'geboosteter' Top Quarks Rechnung zu tragen. Die
räumliche Isolation der Leptonen von hadronischen Jets im Ereignis, die wichtig ist um
keine falschen Leptonen aus Jets zu selektieren, wurde durch Hinzunahme eines weiteren
Isolationskriteriums, dem relativen Transversalimpuls des Leptons zu den Jets optimiert.
Als zweites wurden signifikante Ereignismigrationen von kleinen wahren Werten von pT (t)
zu grossen rekonstruierten hin durch kinematische Schnitte auf das Verhältnis der Masse
aller direkt sichtbaren Teilchen aus dem tt(bar) Zerfall zu der rekonstruierten tt(bar) Masse effektiv
unterdrückt. Die erhaltenen Wirkungsquerschnitte für hohe pT (t) haben eine gute
Präzision, vergleichbar mit Messungen im semileptonischen Zerfallskanal bei denen das
hadronisch zerfallende Top Quark 'geboostet' ist und als einzelner 'Fat-Jet' rekonstruiert
wurde. Die gemessenen Wirkungsquerschnitte in dem dileptonischen und dem semileptonischen
Zerfallskanal sind miteinander konsistent.
Die Produktionsdynamik für 'geboostete' Top Quarks wird in der Arbeit genauer
beleuchtet - dafür werden mehrere differenzielle Produktionswirkungsquerschnitte als
Funktion von kinematischen Observablen wie z.B. der Rapidität des geboosteten Top
Quarks bestimmt. Ähnliche Studien werden in der Arbeit für den Bereich hoher invarianter
Massen des tt(bar) Systems durchgeführt. Ein Vergleich mit Standard-Modell Vorhersagen
basierend auf vier verschiedenen QCD Monte Carlo Simulationsprogrammen zeigt
keine stark signifikanten Diskrepanzen auf, jedoch sieht man an einigen Trends in bestimmten Verteilungen dass die Beschreibung der Modelle bei weitem nicht perfekt ist
In this work the measurement of the tt(bar) production in 'boosted' topologies, i.e. with high transverse momenta of the top quark, pT (t) > 400 GeV, in pp collisions at the LHC is presented. It is the first measurement of this kind in the dileptonic final state. By the end of 2012 the CMS detector recorded a data sample which contains of the order of 100 thousand tt(bar) pairs, which further decay dileptonically (tt(bar) ! W+bW-b(bar) ! l+b(bar) l- b). The dileptonic final state has a unique signature - two leptons (electrons or/and muons), which are well reconstructed in the detector. The small branching ratio (low statistics) of the dileptonic decay channel of the tt(bar) system is compensated by an almost background free measurement of the tt(bar) production. In the presented analysis the kinematics of the tt(bar) final state is fully reconstructed. For this purpose six kinematic constrains are used to reconstruct the two undetected neutrinos in the tt(bar) final state. Two specific techniques are employed to account for the requirements of the boosted top quark analysis. Firstly, the spatial isolation of the leptons from hadronic jets in the events, which is important to reject fake leptons out of jets, was optimized by implementing an additional isolation criterion based on the relative transverse momentum of the electron to the jet. Secondly, to effectively suppress significant migrations from the true low pT (t) values to the boosted region, a kinematic restriction on the ratio of the invariant mass of the visible objects from the tt(bar) decay to the reconstructed tt(bar) mass is applied. The obtained cross section results in the high pT (t) region have a good precision, which is comparable to the one from measurements in the semi-leptonic channel, where hadronically decaying top quarks are reconstructed in the boosted regime as a single 'fat jet'. The measured production cross sections in the dileptonic and in the semi-leptonic decay channels are consistent with each other. The production dynamics of the boosted top quarks is elucidated in this work in more detail - for this several differential production cross sections as a function of kinematic observables, such as the rapidity of the boosted top quark, are determined. Similar studies are performed in this work in the region of high invariant masses of the tt(bar) system. The comparison to Standard Model predictions based on four different QCD Monte Carlo simulation programs evidences no significant discrepancies. However, one can observe some trends in particular distributions, which indicate that the models are far from being perfect