Kurzfassung
In dieser Arbeit werden Messungen normalisierter und absoluter differenzieller Wirkungsquerschnitte der Top-Quark-Paarproduktion ($t/bar{t}$) bei Proton-Proton-Kollisionen mit einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV vorgestellt. Die Daten wurden im Jahr 2016 vom CMS-Experiment am LHC (CERN) aufgezeichnet und entsprechen einer integrierten Luminositaet von 35.9 fb$^{-1}$. Grundlage der Messungen sind Kollisionsereignisse mit zwei unterschiedlich geladenen Leptonen ($/mathrm{e^{+}e^{-}}$, $/mathrm{e^{/pm}}/mu^{/mp}$, $/mu^{+}/mu^{-}$). Differenzielle Wirkungsquerschnitte werden als Funktionen kinematischer Observablen der Top-Quarks, des $t/bar{t}$-Systems und der Top-Quark-Zerfallsprodukte sowie der jet-Multiplizitaet im Ereignis gemessen. Differenzielle Messungen basieren auf der Zaehlung von Ereignissen und bedienen sich regularisierter Entfaltungstechniken zur Korrektur der rekonstruierten Verteilungen der Akzeptanz und anderer Eigenschaften der Detektoren. Abhaengig von der betrachteten Observable werden differenzielle Wirkungsquerschnitte im gesamten Phasenraum auf Partonebene und/oder im Selektionsphasenraum auf Teilchenebene dargestellt. Die Ergebnisse werden mit Vorhersagen des Standardmodells verglichen basierend auf Monte Carlo-Generatoren mit NLO-Genauigkeit in QCD auf Matrixelementebene und anschliessender Simulation der Partonschauer. Keine der Vorhersagen beschreibt alle experimentell gemessenen Verteilungen mit einheitlicher Guete. Insbesondere ist eine deutliche Unstimmigkeit zwischen Daten und Vorhersagen hinsichtlich der Verteilung des Transversalimpulses der Top-Quarks und ihrer Zerfallsprodukte beobachtbar. Aus den gemessenen differenziellen Wirkungsquerschnitten werden $t/bar{t}$ und leptonische Ladungsasymmetrien abgeleitet und -- erstmals fuer Schwerpunktsenergien von 13 TeV -- zur Eingrenzung des chromomagnetischen Dipolmoments des Top-Quarks im Rahmen Effektiver Feldtheorien genutzt.
This work presents measurements of the normalized and absolute differential top-quark pair ($t/bar{t}$) production cross sections in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The data were collected by the CMS experiment at the CERN LHC in 2016 and correspond to an integrated luminosity of 35.9 fb$^{-1}$. The measurements are performed using events with two oppositely charged leptons ($/mathrm{e^{+}e^{-}}$, $/mathrm{e^{/pm}}/mu^{/mp}$, $/mu^{+}/mu^{-}$). The differential cross sections are measured as a function of kinematic observables of the top quarks, the $t/bar{t}$-system, and the top quark decay products, as well as of the jet multiplicity in the event. Differential measurements are based on an event counting method and involve a regularized unfolding technique to correct the reconstructed distributions for acceptance and detector effects. Depending on the observable, differential cross sections are presented in the full phase space at parton level and/or in a fiducial phase space at particle level. The results are compared to standard model predictions from Monte Carlo generators at next-to-leading-order accuracy in QCD, based on matrix element level interfaced to parton shower simulations. None of the predictions provide a uniformly good description of data for all measured distributions. In particular, a substantial disagreement is observed between data and predictions for the transverse momentum distributions of top quarks and their decay products. Measured differential cross sections are used to extract the $t/bar{t}$ and leptonic charge asymmetries, and, for the first time at 13 TeV, to constrain the top quark chromomagnetic dipole moment in an effective field theory.