Kurzfassung
Diese Dissertation präsentiert eine neuartige Messung der photoninduzierten Pro-duktion von r-Lepton-Paaren in Schwerionenkollisionen und vertieft damit das Ver-ständnis der elektromagnetischen Eigenschaften des r-Leptons. Sie unterstreicht das besondere Potenzial ultra-peripherer Blei-Blei-(Pb+Pb)-Kollisionen durch ihre komplementären Einblicke in das Standardmodell und die Physik jenseits des Stan-dardmodells.
Die Analyse basiert auf Pb+Pb-Kollisionsdaten bei √SNN= 5.02 TeV, die mit dem ATLAS-Detektor am LHC in den Jahren 2015 und 2018 aufgenommen wur-den und einer integrierten Luminosität von 1.93 nb-¹ entsprechen. Die in ultra-peripheren Pb+Pb-Kollisionen erzeugten starken elektromagnetischen Felder führen zu hohen Photonenströmen und ermöglichen so die Untersuchung photoninduzierter Prozesse.
Signalkandidaten werden in drei exklusive Regionen eingeteilt, in denen ein r-Lepton in ein Myon und zwei Neutrinos zerfällt, während der Zerfall des zweiten 7-Leptons durch geladene Spur(en) oder ein Elektron gekennzeichnet ist. Ereignisse mit zerbrechenden Ionen werden durch die Forderung nach fehlender Vorwärtsneu-tronenaktivität wirksam unterdrückt.
Differentielle Wirkungsquerschnitte werden mittels iterativer bayesscher Entfal-tung bestimmt und mit Standardmodellvorhersagen führender Ordnung verglichen. Innerhalb der überwiegend statistisch dominierten Unsicherheiten wird eine gute Übereinstimmung beobachtet. Die Messung erlaubt die Extraktion des anomalen magnetischen Dipolmoments (92) und des elektrischen Dipolmoments (EDM) des r-Leptons. Die möglichen Werte dieser Größen werden durch ein statistische Analyse eingegrenzt und mit bestehenden Grenzen verglichen.
Ergänzend werden Leistungsstudien des ATLAS Forward Proton (AFP)-Detektors vorgestellt. Der AFP-Detektor misst bei kleinen Winkeln gestreute Protonen aus photoninduzierten und diffraktiven Prozessen und liefert zusätzliche kinematische Informationen zur Unterdrückung von Untergrundprozessen. Die globale Ausrich-tung des Detektors wurde mithilfe photoninduzierter Dimuon-Ereignisse aus LHC Run 3 Proton-Proton-Kollisionen bei √s = 13.6 TeV durchgeführt.
Abstract This thesis presents a novel measurement of photon-induced -lepton pair production in heavy-ion collisions which advances our understanding of the electromagnetic properties of the r-lepton. It demonstrates the unique potential of ultra-peripheral lead-lead (Pb+Pb) collisions as a complementary probe of the Standard Model and beyond the Standard Model physics. The analysis uses √ SNN = 5.02 TeV Pb+Pb collision data recorded by the AT-LAS detector at the Large Hadron Collider (LHC) in 2015 and 2018. The dataset corresponds to an integrated luminosity of 1.93 nb-¹. Strong electromagnetic fields generated in ultra-peripheral Pb+Pb collisions give rise to substantial photon fluxes, providing a unique environment for studying photon-induced processes. Signal candidates are classified into three exclusive regions according to event topologies in which one 7-lepton decays into a muon and two neutrinos, while the decay of the second r-lepton is characterised by the presence of either charged-particle track(s) or an electron. A strong suppression of ion breakup is ensured by requiring an absence of forward neutron activity. Differential cross sections are extracted using an Iterative Bayesian Unfolding approach. The results are compared with leading-order Standard Model predic-tions and found to be consistent within the measurement uncertainties, which are dominated by limited data statistics. The measurement enables extraction of the anomalous magnetic dipole moment (92) and electric dipole moment (EDM) of the 7-lepton. Expected constraints are obtained through a statistical analysis and compared to the existing constraints. Performance studies of the ATLAS Forward Proton (AFP) detector are also presented. The AFP detector records protons scattered at small angles in photon-induced and diffractive processes, providing kinematic information that can be used to enhance background suppression. The global alignment of the AFP was performed using photon-induced dimuon events, recorded during LHC Run 3 proton-proton collisions at √s = 13.6 TeV.