Kurzfassung
Die große Anzahl an Top-Quarks, die in Proton-Proton (pp)
Kollisionen am Large Hadron Collider erzeugt werden,
ermöglicht es, die Eigenschaften des Top-Quarks detaillierter
zu untersuchen als jemals zuvor und damit die Konsistenz des
Standardmodells (SM) der Teilchenphysik zu testen.
Insbesondere differentielle Messungen des Wirkungsquerschnittes zur
Produktion von Top-Quark-Paaren (tt) sind hierbei relevant - zum
einen für Vergleiche mit aktuellen Vorhersagen der
Quantenchromodynamik (QCD)
innerhalb des SM und zum anderen für Suchen nach Physik
jenseits davon.
In der vorliegenden Arbeit werden achtzehn normierte differentielle
Wirkungsquerschnitte zur tt-Produktion bei einer
pp-Schwerpunktsenergie von √s = 8 TeV gemessen. Der
analysierte Datensatz wurde vom CMS-Experiment aufgezeichnet und
entspricht einer integrierten Luminosität von 19.7 fb-1.
Der tt-Produktionswirkungsquerschnitt wird differentiell als
Funktion von achtzehn kinematischen Größen der
Top-Quarks und ihrer Zerfallsprodukte gemessen.
Die typische Präzision von 3−7% erlaubt es,
für verschiedene Größen zwischen
unterschiedlichen QCD-Vorhersagen zu unterscheiden.
Insbesondere die gemessene Verteilung des Transversalimpulses der
Top-Quarks und der Einfluss auf andere Messungen im Zusammenhang mit
Top-Quark-Paaren, auch außerhalb dieser Arbeit, werden im
Detail diskutiert.
Weiterhin wird die Masse des Top-Quarks aus dem normierten
differentiellen Wirkungsquerschnitt als Funktion der invarianten
Masse des tt-Systems und eines zusätzlichen Jets bestimmt.
Die gemessene Top-Quark-Masse ist innerhalb der erreichten Genauigkeit
von etwa 1.5% mit anderen Messungen und dem Weltdurchschnittswert
verträglich.
The large number of top quarks produced in proton-proton (pp)
collisions at the Large Hadron Collider facilitates precision
measurements of top-quark properties that are crucial for testing the
consistency of the Standard Model (SM) of particle physics. In
particular, differential measurements of the top-quark pair (tt)
production cross section are essential for comparison with
state-of-the-art predictions of Quantum Chromodynamics (QCD) within the
SM and for searches for new physics phenomena beyond it.
In this thesis, normalised differential tt cross sections are
measured at a pp centre-of-mass energy of √s = 8 TeV. The
analysed dataset is recorded by the CMS experiment and corresponds to
an integrated luminosity of 19.7 fb-1.
The tt production cross section is measured differentially as a
function of eighteen kinematic quantities of the top quarks and their
decay products. The achieved precision of typically 3−7%
allows to distinguish between different QCD predictions for several of
the analysed quantities.
In particular, the measured tt production cross section as a
function of
the top-quark transverse momentum and its impact on different top-quark
related measurements, also outside the scope of this work, is discussed
in detail. In addition, the top-quark mass is determined from the
normalised differential cross section as a function of the invariant
mass of the tt system and one additional jet. The obtained result is
compatible
with other measurements, including the world-average top-quark mass,
within the achieved precision of about 1.5%.