A Precision Top Quark Mass Measurement with a Profile Likelihood Nuisance Fit

Abstract

In this thesis a measurement of the top quark mass in the lepton+jets final state at sqrt(s) = 13TeV using 36 fb^{-1} of proton-proton collision data taken with the CMS detector in 2016. Events with one muon or one electron and four jets are selected. Two of the jets are identified as originating from a bottom quark. The events are further constrained by a fit of their kinematics to a top-antitop hypotheses. In difference to former analyses, uncertainties are included as nuisance parameters in a likelihood fit. Five observables are used simultaneously to reduce the impact of systematic uncertainties in the selected phase-space. The observables are the invariant masses of the top quark candidate after a kinematic fit, the reconstructed W boson and the lepton-b-jet system, split into two categories, as well as the transverse momentum ratios of bottom-flavored to light-quark-flavored jets. A model for a profile likelihood to measure the quark mass is presented. The top quark mass is measured to be 171.77+/-0.38 GeV. The central values is consistent with former analyses. At the time of publishing this result is the most precise top quark mass measurement.

In dieser Arbeit wird eine Topquarkmassenmessung auf 36 fb^{-1} Lepton+Jets Daten, die 2016 aus sqrt(s) = 13 TeV Proton-Proton-Kollisionen mit dem CMS-Detektor aufgenommen wurden, präsentiert. Kollisionsereignisse mit einem Myon oder einem Elektron und vier Jets werden ausgewählt. Zwei dieser Jets können Bottomquarkzerfällen zugeordnet werden. Die Ereignisse und ihre Kinematik werden mit einer Minimierung an eine Topquarkpaarhypothese weiter eingeschränkt. Im Unterschied zu vorigen Analysen werden Unsicherheiten als zusätzliche Parameter in die Likelihoodparametrisierung eingefügt. Es werden fünf Observable benutzt, um den Einfluss von systematischen Unsicherheiten weiter zu verringern. Die Observablen sind die invariante Masse des Topquarkkandidaten nach der Minimierung der Kinematik, des W-Bosons und des Lepton-b-Jet Systems, das in zwei Kategorien unterteilt wird, sowie das Verhältnis des Transversalimpulses von b-Jets zu Jets aus leichteren Quarkzerfällen. Die Topquarkmasse m_top=171.77+/-0.38 GeV wurde gemessen. Dieses Ergebnis ist zur Zeit die präziseste Messung der Topquarkmasse und vereinbar mit voherigen Analysen.