Präzisionstests des Standardmodells unter der Verwendung von geboosteten W/Z-Bosonen am Large Hadron Collider

• Antragstellerin: Dr. Chris Malena Delitzsch
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469666862

Das Standardmodell der Teilchenphysik (SM) beschreibt die Wechselwirkung zwischen den Elementarteilchen (Fermionen) durch den Austausch von sogenannten Eichbosonen. Die Vorhersagen des SMs wurden bisher mit hoher Präzision an verschiedenen hochenergetischen Teilchenbeschleunigern getestet, allerdings wurden bislang keine signifikanten Abweichungen gefunden. Das Higgs-Boson, das letzte fehlende Teilchen im SM, wurde 2012 am Large Hadron Collider (LHC) entdeckt. Die Teilchen erhalten ihre Masse durch die Wechselwirkung mit dem Higgsfeld. Die Messung der Eigenschaften des Higgs-Bosons sowieso die Kopplung zwischen dem Higgs-Boson und anderen Teilchen des SMs ist von besonderer Bedeutung, da Abweichungen von den Vorhersagen auf neue Physik hinweisen könnte, die außerhalb der Reichweite des LHCs liegt. Die Yukawa-Kopplung des Top-Quarks an das Higgs-Boson (yt) ist wesentlich größer als die der anderen Fermionen und somit von besonderem Interesse. Die Yukawa-Kopplung kann direkt und indirekt am LHC gemessen werden. Diese Messungen beruhen allerdings entweder auf der Annahme, dass es keine neue Physik gibt oder haben nur eine sehr kleine Produktionsrate (z.B. ttH und tH). Vor allem Endzustände mit schweren Quarks sind von großen systematischen Unsicherheiten des Untergrunds dominiert. In diesem Projekt wird deshalb ein neuer Ansatz zur Messung von yt vorgeschlagen, in dem das Higgs-Boson nicht auf der Massenschale produziert wird. Der sogenannte "Higgs ohne Higgs" Ansatz ermöglicht eine komplementäre Messung von yt, die sich besonders auf die hochenergetische Region fokussiert. Die Analyse beruht darauf, dass Modifizierungen der Top-Yukawa-Kopplung zu einer erhöhten Produktionsrate eines Prozesses führen, der einen Endzustand mit einem Jet mit hoher Pseudorapidität, einem Top-Quark und zwei longitudinal-polarisierten Vektorbosonen hat. Die hadronisch zerfallenden Vektorbosonen und das Top-Quark werden jeweils als Jet mit einem großen Radiusparameter rekonstruiert. Die innere Struktur der Jets wird untersucht, um den Untergrund zu unterdrücken. Messungen mit Jets im Endzustand sind häufig von großen Unsicherheiten geprägt. Um diese zu unterdrücken werden zunächst die Wirkungsquerschnitte von V+Jets und VV Ereignissen gemessen um unsere Kenntnis der inneren Struktur der Jets zu verbessern. Diese Messungen stellen fundamentale Tests des SMs dar und werden zur Verbesserung der Simulation verwendet. Des Weiteren ist eine präzise Messung der Energieverteilung innerhalb der Jets essentiell für die Messungen, um die Jets, die aus dem Zerfall von Vektorbosonen und Top-Quarks resultieren, erfolgreich zu identifizieren. Hierzu wird der Algorithmus, der die Signale im hadronischen Kalorimeter rekonstruiert, unter der Verwendungen von tiefen neuronalen Netzen überarbeitet um mit der hohen Kollisionsrate in Run-3 am LHC mithalten zu können. Die Messungen werden auf Basis von Proton-Proton Kollisionen durchgeführt, welche mit dem ATLAS-Detektor aufgezeichnet werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen