Kurzfassung
Das Verständnis der Theorie starker Wechselwirkungen im Kontext des Standardmodells ist für die Teilchenphysik und ihre Entwicklungen von großem Interesse. Die Messungen und die Verbesserung in theoretischen Vorhersagen würden es uns ermöglichen, zukünftigen Erkennt- nissen in neuer Physik näher zu kommen, indem man besser den physikalischen Untergrund, der hauptsächlich durch starke Wechselwirkungen kommt, trennen kann. In diesem Sinne muss die Untersuchung softer und harter QCD Strahlung, messbar als kollimierte “Jets”- stark wechselwirkender Teilchen, durch Studien in neuen Phasenraumregionen besser ver- standen werden. Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN ist heute das leistungsstärkste Werkzeug, um starke Wechselwirkungen in Protonen-Protonen-Kollisionen zu untersuchen.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Studien konzentrieren sich auf die Messung neuer multi- differenzieller Wirkungsquerschnitte, um Einblick zu erhalten, wie die Dekorrelation in Dijet- Ereignissen durch zusätzliche QCD Strahlung aufgebaut wird. Ziel ist es, den Wirkungsquer- schnitt in Abhängigkeit von der Jet-multiplizität (Njet), dem azimutalen Winkel zwischen den beiden leading Jets (∆φ1,2) und dem Transversalimpuls des leading pT-Jets (pT1) zu messen. Darüber hinaus wurde auch der Wirkungsquerschnitt als Funktion der Transversalimpulse der vier leading Jets gemessen. Die Messungen wurden mit den Daten durchgeführt, die vom CMS-Experiment am LHC in Protonen-Protonen-Kollisionen bei einer Schwerpunktssenergie von √s = 13TeV im Jahr 2016, entsprechend einer Luminositaet von 36.3fb−1, aufgenommen wurden.
Die Messungen wurden mit Berechnungen in führender Ordnung in αs verglichen, die durch Partonschauer, Multiparton Wechselwirkungen und Hadronisierung ergänzt wurden. Des wei- teren werden Rechnungen in höherer Ordnung in αs mit herkömmlichen Parton-Shower und und mit Parton Branching (PB) transversalimpulsabhängigen (TMD) Partondichten und PB-TMD Parton-Shower mit den Messungen verglichen. Diese Arbeit beschreibt einen der ersten und sehr strengen Tests der PB-TMD-Methode zur Beschreibung multidifferenzieller Jet Messungen, welche zur weiteren Entwicklung des neuartigen und erfolgreichen PB-Ansatz führen können.
Die in dieser Arbeit vorgestellten multidifferenziellen Wirkungsquerschnitte waren sehr aufschlussreich für das Verständnis von Multijet-Strahlung in der Back-to-Back Region und zeigten die Bedeutung von Parton-Shower. Darüber hinaus wurde die Bedeutung von Beiträ- gen höherer Ordnung in αs in den theoretischen Vorhersagen für Jets diskutiert, und diese Beobachtungen sind von großem Interesse für die Entwicklungen von komplexen Mulitjet Rechnungen.
The understanding of the theory of strong interactions in the context of the Standard Model is of great interest to particle physics and its developments. The measurements and the improvement of the theoretical predictions would allow us to get closer to future findings of new physics by discriminating better between backgrounds produced mainly by strong interactions. In this sense, the study of soft and hard radiation, measured as collimated “jets” of strongly interacting particles, needs to be better understood by exploring new phase space regions. In this direction, the Large Hadron Collider (LHC) at CERN is today’s most powerful tool to study the strong interactions in proton-proton collisions. The work presented in this thesis is focused on measuring new multi-differential cross sec- tions to get more insight on how the decorrelation in dijet events is built up by extra radiation. The aim is to measure the cross section as a function of the jet multiplicity (Njet), the az- imuthal angle between the two leading jets (∆φ1,2), and the transverse momentum of the leading pT jet (pT1). In addition, the cross section as a function of the transverse momentum of the four leading pT jets is also measured. The measurements were done with the data collected by the CMS experiment at the LHC in proton-proton collisions at center-of-mass energy √s = 13TeV during 2016, corresponding to an integrated luminosity of 36.3fb−1. The measurements were then compared to leading order matrix-element (ME) calculations supplemented with parton showers, multiparton interactions, and hadronization. Also, more complex next-to-leading order ME calculations with conventional parton showers and Parton Branching (PB) transverse momentum dependent (TMD) parton densities and PB-TMD initial state shower are compared to the measurements. This thesis is one of the first and very stringent tests done to the PB-TMD method using multi-differential jet observables, which help to further develop this new approach. The multi-differential cross sections presented in this work were very insightful for the understanding of multijet radiation in the back-to-back region and showing the importance of parton showers. In addition, the importance of higher-order ME contributions in the current theoretical predictions for jets is discussed, and the measurements were found to be of great interest to test the developments of (more complex) multijet merging approaches.