Z boson production in association with jets: measurement and phenomenology

Abstract

In dieser Arbeit untersuchen wir zwei Produktionsmechanismen von Z-Bosonen: den Drell-Yan-Prozess und reelle elektroschwache Korrekturen. Das transversale Impulsspektrum des Drell-Yan-Leptonenpaares ist von allgemeinem In- teresse, da es Aufschluss u ̈ber die Hadronenstruktur gibt. Transversalimpulsen bei qT < mll ist die 3D-Struktur des Hadrons zuga ̈nglich. Um den Bereich qT < mll zu beschreiben, ist eine Resummation u ̈ber alle Ordnungen erforderlich. Der qT ≪ mll Bereich ist je- doch nicht-perturbativ und muss modelliert werden. Dieser Bereich wird durch eine Gaußsche Normalverteilung des intrinsischen Transversalimpulses der ankommenden Par- tonen beschrieben. Nichtsdestotrotz ist dies nicht ausreichend und sehr weiche Gluo- nenstrahlung wird ben ̈otigt. Wir untersuchen die Auswirkung sehr weicher Gluonen- strahlung im qT ≪ mll-Bereich im Rahmen des Parton Branching Modells, und wie sie mit dem Collins-Soper-Kernel der TMD-Faktorisierung zusammenha ̈ngt. Die sehr weiche Gluonenstrahlung wird durch die Aufl ̈osungsskala in Partonenschauern der Monte-Carlo- Ereignisgeneratoren wie Pythia8 und Herwig7 vernachlaessigt. Wir zeigen, dass dies zu einem von der Schwerpunktsenergie abha ̈ngigen intrinsischen Transversalimpuls fu ̈hrt, indem wir den intrinsischen Transversalimpuls in Pythia8 und Herwig7 fu ̈r unter- schiedliche Drell-Yan-Messungen tunen. Bei hohen partonischen Schwerpunktsenergien werden die elektroschwachen Korrekturen groß, und das Z-Boson kann als reelle elektroschwache Korrektur auftreten. Bei QCD- Prozessen werden die virtuellen elektroschwachen Korrekturen bei hohem Jet-Transversal -impuls groß, und, im TeV-Bereichliegt ihr Beitrag zum Wirkungsquerschnitt in der Gro ̈ßenordnung von 10 %. Wir messen den Beitrag der reellen elektroschwachen Kor- rekturen zu QCD-Ereignissen als Funktion des Jet-Transversalimpulses. Bei einer Schw- erpunktsenergie von 13 TeV am LHC untersuchen wir Proton-Proton-Kollisionen, vom CMS-Experiment im Jahr 2016 aufgezeichnet, was einer integrierten Luminosit ̈at von 36.3 fb−1 entspricht. Den Beitrag der reellen elektroschwachen Korrektur zu einem 1 TeV Jet-Transversalimpuls bestimmer wir zu 1-2 %. Daru ̈ber hinaus untersuchen wir ver- schiedene Observablen, die auf reelle elektroschwache Korrekturen sensitiv sind, um deren Modellierung in verschiedenen theoretischen Szenarien zu testen.