The three-jets and Z+jets cross-section measurements in proton-proton collisions data collected with the ATLAS experiment at the LHC

Abstract

The thesis reports the cross-section measurements of the three-jets production and the production of jets associated with a Z-boson, Z+jets. The measurements are performed using proton-proton collision data with centre-of-mass energies of 7 and 8 TeV. The data were recorded by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The cross-sections are measured double-differentially as a function of jet kinematic variables. The results probe the strong interaction dynamics at high energy scales and provide a testing ground for the theoretical models used to describe the fundamental content of matter and interactions. The measurement accuracy is consistent with or exceeds in some regions of the phase space the accuracy in the next-to-leading order calculations in perturbative Quantum Chromodynamics. Thus, the measured cross-section is one of the necessary inputs for refining the description of the parton content of the proton and constraining its uncertainties.

In addition, two measurements are reported that improve the accuracy in the jet energy measurement in the ATLAS experiment. One is the measurement of physical noise associated with the excessive energy deposits in the hadronic calorimeter due to simultaneous proton-proton interactions. Another is a jet energy measurement via the transverse momenta balance in events with a jet and a Z-boson. The results of both studies are used in the ATLAS experiment to accurately reconstruct and calibrate jets. Overall, these results provide an improved means for exploring new energy frontiers of particle interactions.

Diese Arbeit berichtet über die Wirkungsquerschnitt-Messungen der Drei-Jet-Produktion und der Produktion von Jets in Verbindung mit einem Z Boson, Z+Jets. Die Messungen werden unter Verwendung von Proton-Proton-Kollisionsdaten mit Schwerpunktsenergien von 7 und 8 TeV durchgeführt. Die Daten wurden vom ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider aufgezeichnet. Die Wirkungsquerschnitte werden doppelt-differenziell als Funktion Jet-kinematischer Größen gemessen. Die Ergebnisse untersuchen die Dynamik der starken Wechselwirkung bei hohen Energieskalen und bieten ein Testfeld für die theoretischen Modelle, die zur Beschreibung des grundlegenden Aufbaus von Materie und Wechselwirkungen verwendet werden. Die Messgenauigkeit entspricht oder übertrifft in einigen Bereichen des Phasenraums die Genauigkeit der Berechnungen der nächstführenden Ordnung in der perturbativen Quantenchromodynamik. Somit ist der gemessene Wirkungsquerschnitt eine der notwendigen Beiträge, um die Beschreibung des Partongehalt des Protons zu verfeinern und seine Unsicherheiten einzuschränken.

Zusätzlich werden zwei Messungen berichtet, die die Genauigkeit der Jetenergiemessung im ATLAS-Experiment verbessern. Eine ist die Messung des physikalischen Rauschens, das mit den übermäßigen Energieablagerungen im hadronischen Kalorimeter aufgrund gleichzeitiger Proton-Proton-Wechselwirkungen verbunden ist. Eine andere ist eine Jetenergiemessung über die Querimpulsbilanz bei Ereignissen mit einem Jet und einem Z Boson. Die Ergebnisse beider Studien werden im ATLAS-Experiment verwendet, um Jets akkurat zu rekonstruieren und kalibrieren. Insgesamt bieten diese Ergebnisse ein verbessertes Mittel zur Erforschung neuer Energiebereiche von Teilchenwechselwirkungen.