Kurzfassung
In dieser Arbeit werden Ergebnisse des CMS Experiments aus den Jahren 2017-
2019 präsentiert. Es werden drei Beiträge vorgestellt: Messungen, die durch Diamant-
Sensoren innerhalb des BCM1F Luminometers aufgezeichnet wurden und die Überwa-
chung dieser Komponenten während des gesamten Run 2; die Bestimmung des diffe-
rentiellen Wirkungsquerschnitts von W± Bosonen im Myon-Zerfallskanal, als Funktion
der Pseudorapidität, bei einer Schwerpunktsenergie von √
s = 13 TeV, sowie die Bestim-
mung der Ladungsassymmetrie-Werte von W±; die anschließende globale QCD Analyse,
in der die zuvor gemessenen W± Ergebnisse verwendet werden.
In den Jahren 2016 bis 2017 wurden in den DESY-Laboratorien in Zeuthen zwölf
poly-crystalline Chemical Vapour Deposited (pCVD) und fünf single-crystalline Chemi-
cal Vapour Deposited (sCVD) Diamanten getestet, um die am besten passenden Sen-
soren für das BCM1F Upgrade zu finden, welches während eines kurzen Shut-Downs
2017 stattfinden sollte. In diesen Studien wurde jeder Sensor einzeln auf seine Leakage
Current Durability, Current Over Time Stability und Charge Collection Distance Con-
stancy getestet. Diese Ergebnisse liefern Erkenntnisse über die technischen Aspekte von
Luminositätsmessungen mit Diamant-Sensoren unter extremen Bedingungen, wie hoher
Strahlenbelastung, und werden einen Einfluss auf das Design zukünftiger Generationen
von Luminometern haben.
Die Bestimmung der Ladungsasymmetrie von W±-Bosonen wurde als Beitrag zur
Analyse “Measurement of inclusive W± and Z0 boson production cross-sections in pp
collisions and luminosity calibration at √
s = 13 TeV” durchgeführt, welche von einer
Gruppe am MIT geleitet wurde. Für die Messung wurden Daten verwendet, welche
durch den CMS-Detektor im Jahr 2015 aufgezeichnet wurden und einer integrierten
Luminosität von 2.2±0.05 fb–1 entsprechen. Die Asymmetrie wurde durch die Messung
des differentiellen Wirkungsquerschnitts von W±-Bosonen im Myon-Zerfallskanal, als ei-
ne Funktion der Pseudorapidität, berechnet. Die Ergebnisse dieser Messungen wurden
mit theoretischen Vorhersagen in Next-to-Next-to-Leading Order (NNLO) verglichen,
bei denen verschiedene Sets an Parton-Verteilungsfunktionen, eng. parton distributi-
on functions (PDF) verwendet werden. Die Ergebnisse werden zusammen mit einem
vollständigen Satz an systematischen Unsicherheiten präsentiert, und zeigen eine gute
Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen innerhalb der Unsicherheiten.
Der letzte Teil der Arbeit ist den beiden globalen QCD Analysen gewidmet, in der
die zuvor gemessene Asymmetrie verwendet werden. Für die Studien wurde ein globaler
QCD-Fit Ansatz verwendet, wie er innerhalb des xFitter Frameworks implementiert ist.
In der ersten Analyse wurde der Grad der Sensitivität der gemessenen Asymmetrie auf
die Protonstruktur, durch einen Vergleich mit den kombinierten DIS-Ergebnissen der H1
und Zeus Experimente, getestet. Durch das Einbeziehen der Asymmetrie-Werte in die
QCD Analyse kann eine Verbesserung bezüglich der Unsicherheiten in der Valenzquark
Verteilung im Bereich 10–3 ≤ x ≤ 10–1 beobachtet werden. In der zweiten Analyse wur-
den die DIS-Daten, sowie die Ergebnisse früherer Messungen der W± Ladungsasymme-
trie und W±+charm Produktion verwendet. Der Einfluss der W± Ladungsasymmetrie,
welche in dieser Arbeit gemessen wurde, wird mit allen Unsicherheiten bezüglich des
experimentellen Aufbaus, des gewählten Modells und der verwendeten Parametrisie-
rung präsentiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbeziehung der Messung zu einer
Verbesserung in der Up-Quark Verteilung führt.
This thesis presents physics results accomplished during the 2017-2019 years in the CMS experiment. Three main contributions are discussed: a measurement of diamond sensors for the BCM1F luminometer and monitoring of its performance during the whole Run 2; a measurement of differential cross-sections of W± boson production in the muon channel as a function of pseudorapidity at √s = 13 TeV using 2015 data set, and extraction of W± boson charge asymmetry values; a global QCD analysis with the obtained asymmetry results. During 2016-2017 in DESY-Zeuthen laboratories, twelve poly-crystalline Chemical Vapour Deposited (pCVD), and five single-crystalline Chemical Vapour Deposited (sCVD) diamonds were tested to select the most suitable sensors for the BCM1F upgrade, scheduled during a short technical stop at the end of 2017. In these studies, each sensor was tested for the leakage current durability, current over time stability, and charge collection distance constancy. During Run 2, the stability of diamond sensors performance was monitored and analyzed. These results allowed to broaden our knowledge about technical aspects of luminosity measurement with diamond sensors in severe conditions of radiation damage and were considered in the next design generation of luminometers. The extraction of W± boson charge asymmetry was performed starting from the analysis of the 'Measurement of inclusive W± and Z0 boson production cross-sections in pp collisions and luminosity calibration at √ s = 13 TeV' using a data sample collected with the CMS detector in 2015 with a corresponding integrated luminosity of 2.2 ± 0.05 fb–1. The asymmetry was calculated by measuring differential cross-sections of W± boson production in the muon channel as a function of pseudorapidity. The obtained results of differential cross-sections and asymmetry values were compared with theoretical predictions at NNLO, produced using different PDF sets. The final results are presented with the full set of systematic uncertainties, showing good agreement with theoretical predictions, within the uncertainty range. The final part is dedicated to two global QCD analyses made using the measured asymmetry. Studies were performed using a global QCD fit approach, implemented in the xFitter framework. In the first analysis, the measured asymmetry was tested on its sensitivity to proton structure using combined DIS results from the H1 and ZEUS experiments. The inclusion of the asymmetry values showed a good improvement of valence quark distributions in a range of 10–3 ≤ x ≤ 10–1. The second analysis was performed with DIS data and CMS results of previous measurements of W± boson charge asymmetry and W± boson + charm quark production. The impact of the W± boson charge asymmetry, measured in this thesis, is presented with the full set of experimental, model, and parameterization systematic uncertainties. The final results showed an improvement in the distribution of the up valence quark distribution.