Kurzfassung
Die Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik ist eines der Hauptziele des CMS-Experiments am CERN Large Hadron Collider. Zahlreiche Theorien, beispielsweise Supersymmetrie, beinhalten die mögliche Produktion von neuen farbgeladenen Teilchen, welche als experimentelle Signatur Jets aufweisen. Deshalb ist es wichtig,
ein gutes Verständnis dieser Objekte zu erlangen, um derartige Suchen zu ermöglichen.
Im ersten Teil dieser Arbeit wird eine Messung der Transversalimpulsauflösung von Jets vorgestellt, welche auf der Analyse von Proton-Proton-Kollisionsdaten basiert, die bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 8 TeV vom CMS-Experiment aufgezeichnet wurden. Die Messung basiert auf der Transversalimpulsbalance von Zweijetereignissen auf Teilchenebene. Der Fokus liegt dabei auf der Bestimmung des Verhältnisses der Auflösung in Daten zu der Auflösung in simulierten Ereignissen, welches verwendet werden kann, um die Auflösung in simulierten Ereignissen an die in Daten beobachtete anzupassen. Dieses Verhältnis wurde mit einer signifikant verbesserten Präzision im Vergleich zu vorherigen Analysen für einen Pseudorapiditätsbereich von 0.0 ≤ |η| ≤ 5.0 bestimmt.
Der zweite Teil der Arbeit konzentriert sich auf Suchen nach Supersymmetrie unter Verwendung von Endzuständen mit zahlreichen Jets, fehlendem Transversalimpuls und keinen isolierten Leptonen. Es wird eine Suche vorgestellt, die auf Kollisionsdaten basiert, welche bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 8 TeV aufgezeichnet wurden. Die Analyse zielt
auf Signaturen ab, welche hauptsächlich sensitiv sind auf die Produktion von Squarks der ersten und zweiten Generation und Gluinos, sowie die gluino-induzierte Produktion von Squarks der dritten Generation. Die größte Herausforderung ergibt sich in dieser Analyse durch eine genaue Bestimmung der Untergrundbeiträge aus Standardmodellprozessen, da die Analyse in einem extremen kinematischen Phasenraum durchgeführt wird. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die Untergrundbeiträge aus QCD Ereignissen basierend auf der Jet-pT-Response abschätzt. Darüberhinaus wird eingeführt, wie die Methode modifiziert werden kann, um Ereignisse mit hoher Jet-Multiplizität korrekt vorherzusagen. In der Analyse werden Ergebnisse erzielt, die mit der Erwartung aus dem
Standardmodell kompatibel sind. Damit wird die Produktion von Squarks der ersten beiden Generationen unter 780 GeV und die von Gluinos unter 1,1–1,2 TeV im Kontext von vereinfachten supersymmetrischen Modellen mit 95% C.L. für eine Masse des leichtesten supersymmetrischen Teilchens (LSP) unter 100 GeV ausgeschlossen.
Weiterhin wird eine Studie vorgestellt, welche unterschiedliche Analysestrategien zur Identifikation von direkt produzierten Top-Squarks untersucht. Diese Studie basiert auf simulierten Ereignissen bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 13 TeV. Unter Verwendung von Algorithmen zur Identifikation von geboosteten hadronisch zerfallenden Top-Quarks
aus den Zerfällen von Top-Squarks, kann mit derselben integrierten Luminosität wie bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV erzielt wurde, eine Sensitivität der Suche für Top-Squark Massen bis 1 TeV für LSP Massen unter etwa 300 GeV erreicht werden. Diese Selektion kann die Sensitivität der Suche im Vergleich zu bestehenden Analysen verbessern. Darüberhinaus ist die identifizierte Selektion auch geeignet, um gluino-induzierte Produktion von Squarks der dritten Generation zu studieren und bietet einen komplementären Ansatz zu existierenden Multijet-Analysen.
The search for new physics beyond the standard model of particle physics is one of the main goals of the CMS experiment at the CERN Large Hadron Collider. Many theories, for instance supersymmetry, involve the possible production of new coloured particles which feature jets as their experimental signature. Thus, it is important to have a good understanding of jet-related properties in order to allow such searches. In the first part of this thesis, a measurement of the jet transverse-momentum resolution is presented. This is based on the analysis of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of √s = 8 TeV by the CMS experiment. The measurement utilizes the transverse momentum balance of dijet events at particle level. The main focus is on the determination of the data-to-simulation ratio of the jet transverse-momentum resolution which can be used to correct the jet resolution in simulated events to match the one observed in data. This ratio has been determined with a significantly improved precision compared to previous analyses for the pseudorapidity range 0.0 ≤ |η| ≤ 5.0. The second part of the thesis focuses on searches for supersymmetry in final states with several jets, missing transverse momentum and no isolated leptons. A search performed with collision data recorded at √s = 8 TeV is presented which is mainly sensitive to the production of light-flavour squarks and gluinos as well as the gluino-mediated production of third generation particles. In this analysis, the main challenge arises from a precise determination of background contributions from standard model processes as the analysis is performed in an extreme kinematic phase space. In this thesis, a method to estimate QCD background contributions relying on the jet-pT response is presented and necessary modifications for a correct prediction of high jet multiplicity events are introduced. In the analysis, results consistent with standard model expectations have been obtained and the production of light-flavour squarks below 780 GeV and that of gluinos up to 1.1–1.2 TeV has been excluded at 95% confidence level for a mass of the lightest supersymmetric particle (LSP) not exceeding 100 GeV in the context of simplified supersymmetric models. Furthermore, a prospect study investigating different search strategies for the identification of direct pair production of top squarks is shown. This is based on simulated events at a centre-of-mass energy of √s = 13 TeV. Utilizing algorithms for the identification of boosted hadronically decaying top quarks arising from the decay of heavy top squarks, a search sensitivity for top squark masses up to the 1 TeV range can be obtained for LSP masses less than approximately 300 GeV with the same integrated luminosity as recorded at √s = 8 TeV. This selection could improve the search sensitivity with respect to existing analyses. Moreover, the identified selection is also suitable to study gluino-mediated production of third-generation squarks and provides a complementary approach to existing multijet analyses.