Fabian Bach

• The top quark plays an important role in current particle physics, from a theoretical point of view because of its uniquely large mass, but also experimentally because of the large number of top events recorded by the LHC experiments ATLAS and CMS, which makes it possible to directly measure the properties of this particle, for example its couplings to the other particles of the standard model (SM), with previously unknown precision. In this thesis, an effective field theory approach is employed to introduce a minimal and consistentThe top quark plays an important role in current particle physics, from a theoretical point of view because of its uniquely large mass, but also experimentally because of the large number of top events recorded by the LHC experiments ATLAS and CMS, which makes it possible to directly measure the properties of this particle, for example its couplings to the other particles of the standard model (SM), with previously unknown precision. In this thesis, an effective field theory approach is employed to introduce a minimal and consistent parametrization of all anomalous top couplings to the SM gauge bosons and fermions which are compatible with the SM symmetries. In addition, several aspects and consequences of the underlying effective operator relations for these couplings are discussed. The resulting set of couplings has been implemented in the parton level Monte Carlo event generator WHIZARD in order to provide a tool for the quantitative assessment of the phenomenological implications at present and future colliders such as the LHC or a planned international linear collider. The phenomenological part of this thesis is focused on the charged current couplings of the top quark, namely anomalous contributions to the trilinear tbW coupling as well as quartic four-fermion contact interactions of the form tbff, both affecting single top production as well as top decays at the LHC. The study includes various aspects of inclusive cross section measurements as well as differential distributions of single tops produced in the t channel, bq → tq', and in the s channel, ud → tb. We discuss the parton level modelling of these processes as well as detector effects, and finally present the prospected LHC reach for setting limits on these couplings with 10 resp. 100 fb−1 of data recorded at √s = 14 TeV.…
• Das Top-Quark spielt eine wichtige Rolle in der aktuellen Teilchenphysik, sowohl aus theoretischer Sicht aufgrund seiner einzigartig großen Masse, aber auch aus experimenteller Sicht wegen der großen Anzahl an Top-Ereignissen, die von den LHC-Experimenten ATLAS und CMS bereits aufgezeichnet wurden. Diese ermöglichen direkte Messungen der Eigenschaften dieses Teilchens, zum Beispiel seine Kopplungen an die anderen Teilchen des Standardmodells (SM), mit einer bis dato unerreichten Genauigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Zugang mittelsDas Top-Quark spielt eine wichtige Rolle in der aktuellen Teilchenphysik, sowohl aus theoretischer Sicht aufgrund seiner einzigartig großen Masse, aber auch aus experimenteller Sicht wegen der großen Anzahl an Top-Ereignissen, die von den LHC-Experimenten ATLAS und CMS bereits aufgezeichnet wurden. Diese ermöglichen direkte Messungen der Eigenschaften dieses Teilchens, zum Beispiel seine Kopplungen an die anderen Teilchen des Standardmodells (SM), mit einer bis dato unerreichten Genauigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Zugang mittels effektiver Feldtheorie verwendet, um eine minimale und konsistente Parametrisierung aller anomalen Top-Kopplungen an die Eichbosonen und Fermionen des SM zu finden, die mit allen SM-Symmetrien kompatibel ist. Zudem werden verschiedene Aspekte und Konsequenzen der zugrundeliegenden Operatorrelationen für diese Kopplungen diskutiert. Der resultierende Satz von Kopplungen wurde in den Monte Carlo-Ereignisgenerator WHIZARD implementiert, um einen quantitativen Zugang zu den phänomenologischen Implikationen an aktuellen und zukünftigen Teilchenbeschleunigern wie dem LHC oder einem geplanten internationalen Linearbeschleuniger zu ermöglichen. Der phänomenologische Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die geladenen Stromkopplungen des Top-Quarks, beziehungsweise anomale Beiträge zur trilinearen tbW-Kopplung wie zur quartischen Kontaktwechselwirkung der Form tbff, die Einfluss auf die Produktion einzelner Top-Quarks sowie auf deren Zerfall am LHC haben. Die Studie umfasst verschiedene Aspekte der Messung inklusiver Wirkungsquerschnitte, aber auch differentieller Verteilungen einzelner Top-Quarks, die entweder im t-Kanal, bq → tq', oder im s-Kanal, ud → tb, produziert wurden. Diskutiert werden sowohl die Modellierung dieser Prozesse auf Parton-Ebene als auch Detektoreffekte, um schließlich zu einer Abschätzung der voraussichtlichen Ausschlussgrenzen des LHC an solche Kopplungen mit 10 bzw. 100 fb−1 an aufgezeichneten Daten bei √s = 14 TeV zu kommen.…