Kurzfassung
Diese Dissertation präsentiert die Messung des totalen Charm-Wirkungsquerschnitts im gesamten kinematischen Phasenraum von pp-Kollisionen am LHC. Die Analyse wurde durchgeführt unter Verwendung öffentlicher Daten von 2010 aus dem CMS-Experiment bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV, da für diese Daten ein spezielles Tracking für niedrige Transversalimpulse verfügbar ist. Die integrierte Luminosität wird datengetrieben unter Verwendung von nicht vorskalierten Triggern als Basis und Informationen aus der Luminositätsdatenbank der CMS-Kollaboration zu 3,00 nb$^{-1}$ bestimmt. Dies ist die erste und bislang einzige Charm-Messung bei 7 TeV in CMS. //
Die Charm-Rekonstruktion erfolgte über den Endzustand $/mathrm{D}^{*/pm} /rightarrow /mathrm{K}^{/mp} /pi^{/pm} /pi^{/pm}$. Da diese Analyse statistisch begrenzt ist, besteht eine der Hauptstrategien dieser Analyse darin, Pileup-Vertices aus Myon- und Elektronendatensätzen als physikalische Ressource zu verwenden. Der gemessene $/mathrm{D}^{*}$-Wirkungsquerschnitt beträgt 1096 $/pm$ 133 (stat.) $/mu /mathrm{b}$ im Phasenraum von $0 < |/mathrm{y}| < 2$ und p$_{/mathrm{T}} > 1$ GeV, sowie $2 < |/mathrm{y}| < 2,5$ und p$_{/mathrm{T}} > 8$ GeV, in dem die doppelt differenziell bestimmten Wirkungsquerschnitte integriert werden. Diese Analyse hat den größtmöglichen kinematischen Phasenraum am LHC von einem einzigen Experiment mit p$_{/mathrm{T}}$ bis hinunter zu 1 GeV abgedeckt. Dazu gehören drei neue Phasenraumregionen, in denen noch keine $/mathrm{D}^{*}$-Querschnittsmessung am LHC für p$_{/mathrm{T}}$ unter 3,5 GeV durchgeführt wurde. Der total Charm-Querschnitt wird dann aus dieser Analyse extrahiert. Durch Kombination mit den LHCb-Messungen, die einen Großteil des Bereichs außerhalb der CMS-Detektorakzeptanz abdecken, und Extrapolation von $/tt PYTHIA$ und FONLL für die verbleibenden Bereiche, wird ein totaler Charm-Wirkungsquerschnitt für den gesamten Kinematischen Phasenraum bestimmt. Dieser ergibt sich zu 9,40 $/pm$ 0,45 (statistisch) $/pm$ $^{+2,50}_{-0,95}$ (FONLL/$/tt PYTHIA$) mb mit einem Extrapolationsfaktor von 1,4 im gesamten Phasenraum. Dies ist die bisher kleinste Extrapolation, die für den gesamten Charm-Querschnitt am LHC erreicht wurde. //
Neben dem Hauptergebnis dieser Arbeit wurde auch eine Validierung
der CMS Open Data bei 7 (2011) und 8 (2012) TeV durchgeführt anhand eines Analysebeispiels für das Massenspektrum für Higgs nach vier Leptonen. Diese Validierung reproduziert approximativ einen Teil der CMS-Veröffentlichung zur Higgs-Entdeckung bei 7 und 8 TeV mit teilweisen Datensätzen in CMS Open Data. Der Zweck der Validierung besteht darin, ein Beispiel für die Verwendung von CMS Open Data für Bildungszwecke zu geben und sein Potenzial für Forschungsanwendungen aufzuzeigen. Der Higgs-Peak wird mit einer Signifikanz von zwei Standardabweichungen extrahiert, verglichen mit der ursprünglichen Veröffentlichung, die allein in diesem Kanal 3,2 Standardabweichungen beträgt. Der entsprechende Beispielcode wurde zusammen mit den 2012-Primärdatensatzen eröffentlicht. Seitdem wird er von vielen als Referenz verwendet.
This thesis presents the total charm cross section measurement in the full kinematic phase space of pp collisions at the LHC. It was performed using open data (2010) from the CMS experiment at a center-of-mass energy of 7 TeV due to its special low p$_{/mathrm{T}}$ tracking. The integrated luminosity is determined in a data-driven way using unprescaled triggers as a basis and information from the luminosity database of the CMS collaboration to be 3.00 nb$^{-1}$. This is the first and so far only measurement of charm at 7 TeV in CMS. // The charm reconstruction was done through the $/mathrm{D}^{*/pm} /rightarrow /mathrm{K}^{/mp} /pi^{/pm} /pi^{/pm}$ final state. Since this analysis is statistically limited, one of the main strategies of this analysis is to use pileup vertices from muon and electron datasets as a physics resource. The $/mathrm{D}^{*/pm}$ measured cross section is 1096 $/pm$ 133 (stat.) $/mu /mathrm{b}$ in the phase space of $0 < |/mathrm{y}| < 2$ and p$_{/mathrm{T}} > 1$ GeV, and also $2 < |/mathrm{y}| < 2.5$ and p$_{/mathrm{T}} > 8$ GeV, in which the double-differentially measured cross sections were integrated. This analysis has covered the largest possible kinematic phase space at the LHC from a single experiment with p$_{/mathrm{T}}$ down to 1 GeV. This includes three new phase space regions where no $/mathrm{D}^{*}$ cross section measurement has been done before at the LHC for p$_{/mathrm{T}}$ below 3.5 GeV. The total charm cross section is then extracted from this analysis. By combining with the LHCb measurements, which covered most of the region outside the CMS detector coverage, and some extrapolation from $/tt PYTHIA$ and FONLL, the total charm cross section for the full kinematic phase space is measured to be 9.40 $/pm$ 0.45 (statistical) $^{+2.50}_{-0.95}$ (FONLL/$/tt PYTHIA$) mb with an extrapolation factor of 1.4 throughout all phase space. This is the smallest extrapolation achieved for the total charm cross section at the LHC so far. // Apart from the main result of this thesis, the validation of CMS Open Data with the Higgs to four leptons example at 7 (2011) and 8 (2012) TeV is also shown. This validation reproduces approximately part of the CMS Higgs discovery publication at 7 and 8 TeV with partial datasets in CMS Open Data. The purpose of the validation is to give an example of using CMS Open Data for educational purposes and show its potential for research applications. The Higgs peak is extracted at a significance of two standard deviations, compared to the original publication, which is 3.2 standard deviations in this channel alone. The corresponding example code was publicly released together with the CMS primary dataset for 2012. It has been used as reference by many ever since.