Seit November 2009 läuft der Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Zur selben Zeit hat das ATLAS Experiment seinen Betrieb aufgenommen. Seit dieser Zeit wurde eine große Anzahl von Z Bosonen produziert. Ein wichtiger Zerfallskanal des Z Bosons ist der Zerfall in zwei τ-Leptonen. Das τ-Lepton kann leptonisch in ein Elektron oder ein Myon zerfallen aber aufgrund seiner großen Masse auch in leichte Hadronen wie z.B. das Pion. In vielen Modellen, die neue Physik beschreiben, wird das τ-Lepton als wesentlicher Endzustand zerfallender neuer Teilchen gehandelt.
Der LHC ist ein Proton Proton Beschleuniger was zur Folge hat, dass Z Boson Zerfälle von QCD Jets hoher Multiplizität überlagert werden, was die Selektion von τ-Leptonen sehr schwierig gestaltet. Für eine optimierte Selektion hadronisch zerfallender τ-Leptonen wurden verschiedene Rekonstruktions- und Identifikationsalgorithmen entwickelt, deren hauptsächliche Aufgabe die Unterdrückung von Untergrundereignissen ist. Um Produktionswirkungsquerschnitte von Z Bosonen zu messen, ist die Rekonstruktions- und Identifikationseffizienz unabdingbar. Weiterhin eignen sich das Z Boson und das τ-Lepton hervorragend für die Detektorkalibrierung.
In dieser Arbeit werden Analysen entwickelt und diskutiert, die das Signal vom Untergrund trennen sollen. Weiterhin werden zwei Methoden zur Bestimmung der Rekonstruktions- und Identifikationseffizienz von τ-Leptonen vorgestellt. Zum Schluss wird der Wirkungsquerschnitt für Z Bosonen ermittelt.
The Large Hadron Collider (LHC) at CERN started operation in November 2009. At the same time the ATLAS experiment started data taking. Since this time a large number of Z-bosons is produced. An important decay channel of the Z-boson is the decay into two τ-leptons. The large mass of the τ-lepton allows the decay into pions or kaons. In many models considering new physics the τ-lepton is an important final state. The LHC is a proton-proton collider and for that reason, the hadronic τ-lepton decay is difficult to distinguish from QCD multi-jet background. For the selection of hadronically decaying τ-leptons, reconstruction and identification algorithms were developed in order to suppress this background. In order to measure the Z-boson production cross section or possible new particles decaying into τ-leptons, the estimation of the τ-lepton reconstruction and identification efficiency is required. Furthermore, for detector calibration the Z-boson as well as the τ-lepton are helpful probes.
In this thesis two methods are discussed which provide an estimation of τ-lepton reconstruction and identification efficiencies from data. The full selection of Z → ττ events including data-driven techniques for background extraction is discussed. The semi-leptonic Z → ττ channel promises a good QCD multi-jet suppression because of the selected additional lepton. For that reason also the leptonically decaying τ-lepton is discussed. The Z-boson production cross section can be calculated with the estimated efficiencies.