KIP publications

year 2018
author(s) Manuel Patrice Geisler
title Improving Searches for Dark Matter Using Missing Transverse Momentum and Jets: An Analysis with the ATLAS Detector at √s = 13 TeV
KIP-Nummer HD-KIP 18-18
KIP-Gruppe(n) F8
document type Dissertation
Abstract (de)

In dieser Doktorarbeit wird eine neue Strategie zur Suche nach Dunkler Materie an Teilchenbeschleunigern präsentiert, die Variablen verwendet, die von Detektoreffekten bereinigt sind. Dunkle Materie ist durch kosmologische Beobachtungen experimentell motiviert und eines der großen Rätsel der modernen Physik. Diese Doktorarbeit erklärt den konventionellen Ansatz zur Suche nach Dunkler Materie an Beschleunigerexperimenten in Endzuständen mit fehlendem transversalem Impuls und hadronischen Jets und zeigt dessen Mängel auf. Verschiedene Verbesserungsansätze werden vorgestellt und eine Analyse wird präsentiert, in der diese Ansätze umgesetzt sind. Die Analyse wurde auf dem Datensatz mit 3.2 fb⁻¹ durchgeführt, der von dem ATLAS Experiment 2015 bei einer Schwerpunktsenergie von √s = 13 TeV aufgenommen wurde. Sie umfasst ein entfaltetes Wirkungsquerschnittsverhältnis gemessen in zwei kinematischen Regionen und insgesamt vier Differentialverteilungen. Der Zähler des Verhältnisses ist definiert als σ(pTmiss + jets) und der Nenner als σ(Z →l+l- + jets).. Das Bilden des Quotienten führt zur Aufhebung vieler systematischer Unsicherheiten und Detektor-induzierter Effekte. Ausschlussgrenzen für drei Szenarien Dunkler Materie werden mithilfe der Verteilungen bestimmt. Die Analyse bietet eine verbesserte Leistung verglichen mit den Ausschlussgrenzen der konventionellen pTmiss + Jets Suche nach Dunkler Materie. Die Ergebnisse in Form der differenziellen Verteilungen können verwendet werden, um neue physikalische Theorien jenseits des Standardmodells der Elementarteilchenphysik zu untersuchen, ohne eine ATLAS-Detektorsimulation zu verwenden. Zusätzliche Studien werden vorgestellt, um weitere Leistungsverbesserungen für eine zukünftige Iteration dieser Analyse zu untersuche

Abstract (en)

This thesis presents a novel strategy for searches for Dark Matter at particle colliders using variables that are corrected for detector effects. Dark Matter is experimentally motivated by cosmological evidence and is one of the great contemporary puzzles of physics. This thesis describes the conventional approach of searches for Dark Matter using final states with missing transverse momentum, pTmiss, and hadronic jets and discusses its shortcomings. Several techniques for improvements are put forward. An analysis is presented that implements these improvements. It is performed on 3.2 fb⁻¹ of data collected by the ATLAS experiment in 2015 at √s = 13 TeV and measures an unfolded fiducial cross-section ratio in two kinematic regions and in total four differential distributions. The numerator of the ratio is defined as σ(pTmiss + jets) and the denominator as σ(Z →l+l- + jets). The ratio leads to the cancellation of many systematic uncertainties and detector-induced effects. Limits on three Dark Matter scenarios are set using the distributions. An improved performance with respect to the conventional pTmiss + jets Dark Matter search is observed. These distributions can be used to set limits on models containing new physics without using an ATLAS detector simulation. Additional studies are presented investigating further performance enhancements for a future iteration of this analysis.

bibtex
@phdthesis{phdgeisler,
  author   = {Manuel Patrice Geisler},
  title    = {Improving Searches for Dark Matter Using Missing Transverse Momentum and Jets: An Analysis with the ATLAS Detector at $\sqrt{s}$ = 13\,TeV },
  school   = {Universit├Ąt Heidelberg},
  year     = {2018}
}
Datei pdf
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