Studium top kvarku v experimentu ATLAS

Abstract

Tato diplomová práce pojednává o vlastnostech top kvarku, zvláště pak o měření párové produkce top-antitop v plně hadronovém kanále při těžištové energii 13 TeV v proton-proton srážkách na experimentu ATLAS. Měření využívá tzv. boostovanané topologie, kdy je možné obsáhnout veškeré rozpadové produkty ttbar systému do dvou jetů s velkými poloměry. Cílem práce je implementovat do již existujícího frameworku nový přístup k konstrukci velkých jetů (R~1.0), tzv. re-clustering, a následně prozkoumat vliv re-klastrovaných jetů na systematické chyby měření v uvedené fyzikální analýze. Re-klastrovací metoda je založena na aplikaci anti-kt algoritmu na již existující jety s malými poloměry (R~0.4). Protože malé jety mívají obvykle nižší systematické chyby než jety velké, pak můžeme očekávat zlepšení systematických chyb v případě velkých re-klastrovaných jetů. Tato práce dokumentuje pokles celkové i dominantní systematické neurčitosti spojené s jet energy scale velkých re-klastrovaných jetů. Jmenované nejistoty se snížily o 10-20 % u všech studovaných veličin. Re-klastrované jety dále poskytují lepší soulad mezi daty a predikcí. Dále je zde uvedena studie, která uvažuje rozpad hypotetického Z' bosonu na dvojici top-antitop v plně hadronovém kanále jako aditivní signál Nové Fyziky ke stávající predikci ttbar událostí, zda lze dosáhnout lepší shody mezi daty a predikcí. Studie obsahuje srovnání několika hmotnostních vzorků Z' bosonu generovaných MC generátorem Pythia8. Při zohlednění signálu, který obsahuje Novou Fyziku Z' bosonu, k predikci Standardního Modelu nezískáváme lepší souhlas mezi daty a predikcí.

The master thesis deals with properties of the top quark and briefly describes the measurement of the ttbar pair production in the so called all-hadronic decay channel at 13 TeV in proton-proton collisions using data collected by the ATLAS experiment at LHC. The measurement is based on the boosted topology when all decay products of the ttbar system can be collected by only two jets with large radii R. The main task of this thesis is an implementation of the so called re-clustering procedure with the aim to improve systematic uncertainties of the top quark measurements. The method of reconstructing jets with large radii (R~1.0) is based on clustering jets with small radii (R~0.4). Since small-R jets usually have smaller systematic uncertainties than the large-R jets, one expected an improvement in this respect for re-clustered large-R jets. This thesis documents that both the total systematic uncertainty and the dominant one, the so called jet energy scale, have decreased by 10-20 % in all studied variables, when large-R jets are re-clustered using small-R jets. Also a better agreement of Monte Carlo predictions with data was achieved for re-clustered jets. The second task of this thesis was to compare Monte Carlo predictions with a signal of New Physics with data to see if a better description is attained. By studying Pythia8 predictions for several mass points of an implemented hypothetical Z' boson which is predicted to decay fully hadronically as our studied signal, we conclude that adding this signal of New Physics on top of the Standard Model prediction does not improve the agreement with data.