Kurzfassung
Diese Arbeit behandelt die Messung des differenziellen Wirkungsquerschnitts der pp → Z/γ*( → e+e-) + jet Produktion und eine Studie der Quark-Gluon Zusammensetzung von Jets. Es werden Daten mit einer integrierten Luminosität von 21.3 fb-1 genutzt, die 2012 vom ATLAS Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von √s=8 TeV gesammelten wurden. Der doppelt-differenzielle pp → Z/γ*( → e+e-) + jet Wirkungsquerschnitt wird als Funktion der absoluten Rapidität und des transversalen Impulses der inklusiven Jets gemessen. Die Studie der Quark-Gluon-Zusammensetzung der Jets wird in Einheiten des transversalen Impulses und der absoluten Rapidität der Jets mit dem höchsten p_T durchgeführt.
Die Möglichkeit zwischen Quark-iniziierten und Gluon-iniziierten Jets unterscheiden zu können ist speziell für Suchen jenseits des Standardmodells wichtig, in denen viele Signalprozesse einen Quark-Endzustand besitzen, während die quantumchromodynamischen Hintergrundprozesse meistens einen Gluon-Endzustand aufweisen. Es wird die Qualität der Abgrenzung zwischen diesen beiden Jet-Typen unter Verwendung unterschiedlicher Jet-Eigenschaften studiert, wobei datenbasierte Techniken mit bereinigten Quark-ähnlichen und Gluon-ähnlichen Proben verwendet werden.
Die pp → Z/γ*( → e+e-) + jet Produktion liefert eine wichtige Testmöglichkeit für die pertubative Quantumchromodynamik und ist wichtiger Hintergrund für viele Standardmodell-Prozesse sowie Suchen jenseits des Standardmodells. Außerdem kann die Messung des pp → Z/γ*( → e+e-) + jet Wirkungsquerschnitts als Funktion der absoluten Rapidität und des transversalen Impulses die Unsicherheiten der Partondichtefunktion reduzieren. Die Rapidität der produzierten Jets liefert Informationen über den Impulsbruchteil des interagierenden Partons vom initialen Proton welcher sensitiv auf die Partondichtefunktion ist, während der Transversalimpulsder Jets das Testen verschiedener Skalen ermöglicht.
Der gemessene Wirkungsquerschnitt wird mit Vorhersagen von Monte-Carlo-Generatoren verglichen, welche auf Matrixelementen führender Ordnung basieren und mit Partonschauern verbessert sind. Die Vohersagen wurden auf den inklusiven pp → Z/γ* → e+e- Wirkungsquerschnitt normiert, der in next-to-next-to-leading oder berechnet wurde. Die Vorhersagen sind, bis auf bestimmte Bereiche der absoluten Rapidität und des transversalen Impulses, in guter Übereinstimmung mit dem gemessenen Wirkungsquerschnitt innerhalb der Unsicherheiten der Messung.
A measurement of the differential cross-section of pp → Z/γ*( → e+e-) + jet production and a study of the jet quark-gluon decomposition are presented. The data of 21.3 fb-1 collected with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider in 2012 at the centre-of-mass energy √s=8 TeV are used. The double-differential pp → Z/γ*( → e+e-) + jet cross-section is measured as a function of the absolute rapidity and the transverse momentum of jets. The jet quark-gluon decomposition study is performed in bins of the transverse momentum and the absolute rapidity of the highest-p_T jet. The possibility to distinguish between quark-initiated and gluon-initiated jets is especially important for beyond Standard Model searches, where a lot of signal processes have quarks in the final states, while background processes in Quantum Chromodynamic have mostly gluons. The performance of the discrimination between these two types of jets using different jet properties is studied using data-driven techniques with purified quark-like and gluon-like jet samples. The pp → Z/γ*( → e+e-) + jet production provides an important test of perturbative Quantum Chromodynamics and is an important background for many Standard Model processes and beyond Standard Model searches. In addition, the measurement of the pp → Z/γ*( → e+e-) + jet cross section as a function of the absolute rapidity and the transverse momentum of inclusive jets provides constraints on the uncertainties on the parton distribution functions. The rapidity of jets provides the information on the fraction of the initial proton’s momentum carried by the interacting partons, which provides the sensitivity to the parton distribution functions, while the transverse momentum of jets allows to probe different transfer momentum scales. The measured cross-section is compared to the predictions from Monte Carlo generators based on leading order matrix elements and supplemented by parton showers, where the predictions are normalised to the inclusive pp → Z/γ* → e+e- cross-section calculated at the next-to-next-to-leading order. The predictions are in a good agreement with the measured cross-section within the uncertainty on the measurement, except particular absolute rapidity and transverse momentum regions.