TY  - THES
A1  - Pasold, Christian
T1  - QCD and electroweak NLO corrections to W + Photon and Z + Photon production including leptonic decays
T1  - QCD und elektroschwache NLO Korrekturen zu W + Photon und Z + Photon Produktion inklusive leptonischer Zerfälle
N2  - At a hadron collider as the LHC or the Tevatron the production of a photon in association with a leptonically decaying vector boson represents an important class of processes. These processes stand out due to a very clean signal of a photon and two leptons. Furthermore they 
provide direct access to the photon–vector-boson couplings and thus an easy opportunity to test the 
gauge sector of the Standard Model. Within the scope of this work we present a full calculation of the next-to-leading-order corrections which include the O (αs) corrections of the strong interaction as well as the electroweak corrections of O (α) including all photon-induced contributions. For the creation of matrix elements we use methods based on Feynman diagrams. The IR singularities are treated with the dipole subtraction technique. In order to separate photons from jets, a quark-to-photon fragmentation function ´a la Glover / Morgan or Frixione’s cone isolation is employed. Moreover, two different scenarios for charged leptons in the fi state were considered. The fi  scenario for dressed leptons assumes that a charged lepton and a photon will be recombined if they are collinear. In the second scenario for bare muons it is assumed that leptons and photon can be separated in a detector also if they are collinear.
For our calculation we implemented all corrections into a fl Monte Carlo program. Be- sides the computation of the total cross section this program is also able to generate diff tial distributions of several experimentally motivated observables. Apart from the expected large electroweak corrections in the high transverse-momentum regions and sizeable corrections in the resonance regions of the transverse or the invariant masses we found photon-induced corrections up to several 10% for high transverse momenta. Within run I at the LHC for 7/8 TeV the experimental accuracy for Vγ production was roughly 10%. Due to the higher luminosity at run II this accuracy 
will be reduced to the level of a few percent so that corrections of the same order within the theoretical predictions might become relevant. In this work we present results for the total cross section at the LHC for 7, 8 and 14 TeV and the corresponding distributions
for 14 TeV.
N2  - An einem Hadron Beschleuniger wie dem LHC oder dem Tevatron spielt die Prozessklasse der Produktion eines Photons in Kombination mit einem leptonisch zerfallenden massiven Eichbosons eine wichtige Rolle. Die Gründe für die große Bedeutung sind zum einen die klare Signatur aus einem Photon und zwei Leptonen als auch der direkte Zugang zu den Kopplungen des Photons an die massiven Eichbosonen und damit die Möglichkeit den Eichsektor des Standard-Modells der Elementarteilchenphysik zu testen.
Um die Präzision der theoretischen Vorhersagen weiter zu erhöhen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine vollständige Berechnung der Korrekturen in nächstführender Ordnung durchgeführt. 
Diese umfassen alle Korrekturen der starken Wechselwirkung von O (αs) sowie die elektroschwachen 
Korrekturen von O (α) inklusive aller photon-induzierten Beiträge. Zur Erzeugung von Matrixelementen wurde dabei auf Feynman-Diagramm basierte Methoden zurückgegriffen. Für die Behandlung der IR-Divergenzen wurde die Dipolesubtraktion verwendet wobei die Separation von kollinearen Photon–Jet-Konfigurationen mithilfe der Quark-Photon-Fragmentationsfunktion a´ la Glover / Morgan oder des Frixione-Kriteriums erfolgte. Außerdem wurden zwei experimentell motivierte Szenarien für die Behandlung von geladenen Leptonen im Endzustand berücksichtigt. In einem Fall werden kollineare Photon–Lepton-Paare zu einem Quasiteilchen zusammengefasst. Dieses Szenario entspricht der experimentellen Behandlung von Elektronen, die im Falle eines kollinearen Photons im elektromagnetischen Kalorimeter nicht von diesem getrennt werden können. Im zweiten Szenario werden Myonen und Photonen als experimentell separierbar angenommen, sodass Myon und Photon getrennt von einander im Detektor rekonstruiert werden können. Für die Berechnung der Korrekturen wurden alle Beiträge in einem fl Monte Carlo Programm 
implementiert, das neben der Berechnung des totalen Wirkungsquerschnittes auch die Erzeugung von 
Histogrammen für verschiedenste experimentell motivierte Observablen ermöglicht. Neben den typischen großen elektroschwachen Korrekturen bei hohen Transversalimpulsen sowie in Bereichen der Resonanzregion von transversaler beziehungsweise invarianter Masse zeigt sich, dass auch die photon-induzierten Korrekturen in der Größenordnung von einigen 10% bei hohen Transversalimpulsen beitragen. Die experimentelle Genauigkeit für Vγ Produktion in Run I mit 7/8 TeV am LHC lag bei etwa 10%. Aufgrund der gesteigerten Luminosität in Run II wird diese Genauigkeit noch weiter verbessert werden, sodass Korrekturen von ∼ 5% innerhalb der theoretischen Vorhersagen nicht mehr vernachlässigt werden können.
In dieser Arbeit zeigen wir Ergebnisse für den totalen Wirkungsquerschnitt am LHC für 7, 8 und 14 TeV sowie die dazugehörigen Verteilungen für 14 TeV.
KW  - Quantenchromodynamik
KW  - particle physics
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-137456
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lang, Jean-Nicolas Olivier
T1  - Automation of electroweak NLO corrections in general models
T1  - Automatisierung von elektroschwachen NLO Korrekturen in allgemeinen Modellen
N2  - The thesis deals with the automated generation and efficient evaluation of scattering amplitudes in general relativistic quantum field theories at one-loop order in perturbation theory. At the
present time we lack signals beyond the Standard Model which, in the past, have guided the
high-energy physics community, and ultimately led to the discovery of new physics phenomena.
In the future, precision tests could acquire this guiding role by systematically probing the Standard Model and constraining Beyond the Standard Model theories. As current experimental
constraints strongly favour Standard Model-like theories, only small deviations with respect to the Standard Model are expected which need to be studied in detail. The required precision
demands one-loop corrections in all future analyses, ideally in a fully automated way, allowing
to test a variety of observables in different models and in an effective field theory approach.
In the process of achieving this goal we have developed an enhanced version of the tool
Recola and on this basis the generalization Recola2. These tools represent fully automated
tree- and one-loop-amplitude providers for the Standard Model, or in the case of Recola2
for general models. Concerning the algorithm, we use a purely numerical and fully recursive
approach allowing for extreme calculations of yet unmatched complexity. Recola has led to the first computation involving 9-point functions. Beyond the Standard Model theories and Effective Field theories are integrated into the Recola2 framework as model files. Renormalized model files are produced with the newly developed tool Rept1l, which can perform the renormalization in a fully automated way, starting from nothing but Feynman rules. In view of validation, we have extended Recola2 to new gauges such as the Background-Field Method and the class of Rxi gauges. In particular, the Background-Field Method formulation for new theories serves as an automated validation, and is very useful in practical calculations and the formulation of renormalization conditions. We have applied the system to produce the first results for Higgs-boson production in Higgs strahlung and vector-boson fusion in the Two-Higgs-Doublet Model and the Higgs-Singlet Extension of the Standard Model. All in all, we have laid the foundation for an automated generation and computation of one-loop amplitudes within a large class of phenomenologically interesting theories. Furthermore, we enable the use of our system via a very flexible and dynamic control which does not require any intermediate intervention.
N2  - In dieser Arbeit behandeln wir die automatisierte Generierung und effiziente Auswertung von Streuamplituden in allgemeinen relativistischen Quantenfeldtheorien auf Einschleifen-Niveau. Gegenwärtig gibt es keine konkreten
Hinweise auf Physik jenseits des Standard Models und daher auch keine Möglichkeit, gezielt nach neuer Physik in Teilchenbeschleuniger-Experimenten zu suchen. In der Zukunft könnten Präzisionstests eine richtungsweisende Rolle übernehmen und Aufschluss über Abweichungen zum Standard Model geben, und dabei möglicherweise erlauben, indirekt auf neue Physik zu schließen. Nach dem derzeitigen experimentellen Stand werden Standard-Model-artige Theorien deutlich bevorzugt. Infolgedessen werden nur kleine Abweichungen zum Standard Model erwartet, die mit hoher Präzision untersucht werden müssen. Auf der
theoretischen Seite erfordert die nötige Präzision die Berechnung von Einschleifen-Korrekturen in allen zukünftigen Analysen, die, idealerweise, vollautomatisiert durchgeführt werden, um alle grundsätzlich zugänglichen
Observablen in verschiedensten Theorien testen zu können.

Um dieses Ziel schrittweise zu erreichen, haben wir das Programm Recola weiterentwickelt, und auf dieser Basis die Verallgemeinerung Recola2 entwickelt. Die Programme erlauben eine vollautomatisierte Erzeugung und Auswertung von Baumgraphen- und Einschleifen-Amplituden für das Standard Model, beziehungsweise, im Falle von Recola2, für allgemeine Theorien. Der zugrundeliegende numerische Algorithmus arbeitet vollständig rekursiv und erlaubt die Berechnung von Prozessen mit bislang unerreichter Komplexität. Beispielsweise hat Recola zur ersten Berechnung mit 9-Punkt Funktionen geführt.

In Recola2 werden neue Theorien durch spezifische Recola2 Modelfiles in das System integriert. Die Renormierung wird mit dem neu entwickelten Programm Reptil vollautomatisch durchgeführt, wobei lediglich die Feynman Regeln als externe Abhängigkeit benötigt werden. Zur Validierung des Systems wurden zum einen Vergleiche mit unabhängigen Rechnungen durchgeführt, und zum anderen Recola2 soweit verallgemeinert, dass dessen Konsistenz in verschiedenen Eichungen getestet werden kann. Besonders die
Background-Field Formulierung erlaubt es neue Theorien automatisch zu validieren und ist darüberhinaus sehr nützlich für praktische Rechnungen, sowie für die Formulierung von Renormierungsbedingungen. Mit diesem System haben wir die ersten Berechnungen zur Higgs-Boson-Produktion in Higgs-Strahlung und Vektor-Boson-Fusion im Zwei-Higgs-Doublet Model und der Higgs-Singlet Erweiterung des Standard Models durchgeführt. Alles in allem wurden die Voraussetzungen geschaffen, Einschleifen-Amplituden in einer großen Klasse von phänomenologisch interessanten Theorien automatisiert erzeugen zu können. Darüberhinaus
ermöglichen wir die Nutzung für andere durch eine sehr flexible und dynamische Bedienung, die keinerlei Zwischenschritte benötigt.
KW  - Standardmodell <Elementarteilchenphysik>
KW  - Feynman diagrams
KW  - One-loop corrections
KW  - Beyond the Standard Model
KW  - Atomphysik
KW  - Molekularphysik
KW  - Kernphysik
KW  - Elementarteilchen
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154426
ER  - 
TY  - THES
A1  - Herget, Verena
T1  - A novel approach for the calibration of the hadronic recoil for the measurement of the mass of the W boson with the ATLAS Experiment
T1  - Eine neuartige Methode zur Kalibrierung des hadronischen Rückstoßes für die Messung der Masse des W-Bosons mit dem ATLAS Experiment
N2  - The measurement of the mass of the $W$ boson is currently one of the most promising precision analyses of the Standard Model, that could ultimately reveal a hint for new physics. 
The mass of the $W$ boson is determined by comparing the $W$ boson, which cannot be reconstructed directly, to the $Z$ boson, where the full decay signature is available. With the help of Monte Carlo simulations one can extrapolate from the $Z$ boson to the $W$ boson. 

Technically speaking, the measurement of the $W$ boson mass is performed by comparing data taken by the ATLAS experiment to a set of calibrated Monte Carlo simulations, which reflect different mass hypotheses.\ 
A dedicated calibration of the reconstructed objects in the simulations is crucial for a high precision of the measured value. 
The comparison of simulated $Z$ boson events to reconstructed $Z$ boson candidates in data allows to derive event weights and scale factors for the calibration.

This thesis presents a new approach to reweight the hadronic recoil in the simulations. The focus of the calibration is on the average hadronic activity visible in the mean of the scalar sum of the hadronic recoil $\Sigma E_T$ as a function of pileup. In contrast to the standard method, which directly reweights the scalar sum, the dependency to the transverse boson momentum is less strongly affected here.  
The $\Sigma E_T$ distribution is modeled first by means of its pileup dependency. Then, the remaining differences in the resolution of the vector sum of the hadronic recoil are scaled. This is done separately for the parallel and the pterpendicular component of the hadronic recoil with respect to the reconstructed boson. 

This calibration was developed for the dataset taken by the ATLAS experiment at a center of mass energy of $8\,\textrm{TeV}$ in 2012. In addition, the same reweighting procedure is applied to the recent dataset with a low pileup contribution, the \textit{lowMu} runs at $5\,\textrm{TeV}$ and at $13\,\textrm{TeV}$, taken by ATLAS in November 2017. The dedicated aspects of the reweighting procedure are presented in this thesis. It can be shown that this reweighting approach improves the agreement between data and the simulations effectively for all datasets.

The uncertainties of this reweighting approach as well as the statistical errors are evaluated for a $W$ mass measurement by a template fit to pseudodata for the \textit{lowMu} dataset. A first estimate of these uncertainties is given here. For the pfoEM algorithm a statistical uncertainty of $17\,\text{MeV}$ for the $5\,\textrm{TeV}$ dataset and of $18\,\text{MeV}$ for the $13\,\textrm{TeV}$ are found for the $W \rightarrow \mu \nu$ analysis. The systematic uncertainty introduced by the resolution scaling has the largest effect, a value of $15\,\text{MeV}$ is estimated for the $13\,\textrm{TeV}$ dataset in the muon channel.
N2  - Die Messung der Masse des $W$-Bosons ist im Augenblick eine der vielversprechendsten Präzisionsanalysen des Standard Modells, welche letztendlich einen Hinweis auf neue Physik geben kann. Die Masse des $W$ Bosons wird bestimmt, indem das $W$-Boson, welches nicht direkt rekonstruiert werden kann, mit dem $Z$-Boson verglichen wird, bei dem die vollständige Zerfallssignatur verfügbar ist. Mit Hilfe von Monte Carlo Simulationen kann vom $Z$-Boson auf das $W$-Boson extrapoliert werden. 

Genau genommen wird die Messung der Masse des $W$-Bosons durchgeführt, indem die Daten, die mit dem ATLAS Experiment aufgenommen wurden, mit einem Satz von kalibrierten Monte Carlo Simulationen verglichen wird. Die Simulationen spiegeln dabei verschiedene Massenhypothesen wider. Eine dezidierte Kalibrierung der rekonstruierten Objekte in den Simulationen ist entscheidend für eine hohe Präzision des gemessenen Werts der Masse des $W$-Bosons. Aus dem Vergleich von simulierten  $Z$-Boson Ereignissen und $Z$-Bosonen, die aus den Daten rekonstruiert werden, können Ereignisgewichte und Skalierungsfaktoren für die Kalibrierung erzeugt werden. 
%Für die Kalibrierung werden Ereignisgewichte und Skalierungsfaktoren erzeugt, indem Simulationen von $Z$ Boson Ereignissen mit $Z$ Bosonen verglichen werden, welche aus den Daten rekonstruiert werden. 

In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für die Umgewichtung des hadronischen Rückstoßes in den Simulationen  vorgestellt. Der Fokus der Kalibrierung liegt auf der mittleren hadronischen Aktivität, die in der mittleren skalaren Summe des hadronischen Rückstoßes $\Sigma E_T$ als Funktion des Pileups sichtbar ist. Im Gegensatz zur Standardmethode, welche die Skalarsumme direkt umgewichtet, wird hierbei die Abhängigkeit zum transversalen Impuls des Bosons weniger stark beeinflusst. Die $\Sigma E_T$-Verteilung wird zunächst mittels ihrer Abhängigkeit zum Pileup modelliert. Danach werden die verbleibenden Unterschiede in der Auflösung der vektoriellen Summe des hadronischen Rückstoßes skaliert. Dies geschieht separat für die parallele und senkrechte Komponente des hadronischen Rückstoßes, welche in Bezug auf die Richtung des rekonstruierten Bosons gemessen werden.

Die Kalibrierung wurde zunächst für den Datensatz entwickelt, der im Jahr 2012 bei einer Schwerpunktsenergie von $8\,\textrm{TeV}$ mit dem ATLAS Experiment aufgenommen wurde. Zusätzlich wird die Umgewichtungsmethodik auf die neuen Datensätze angewendet, welche von ATLAS im November 2017 bei niedrigem Pileup aufgenommen wurden, den \textit{lowMu} Datensätzen bei Schwerpunktsenergien von $5\,\textrm{TeV}$ und $13\,\textrm{TeV}$. In dieser Arbeit werden die verschiedenen Aspekte der Kalibrierung präsentiert. Es kann gezeigt werden, dass diese Herangehensweise für die Umgewichtung des hadronischen Rückstoßes zu einer effektiven Verbesserung der Übereinstimmung zwischen Daten und Simulationen in allen verwendeten Datensätzen führt.

Die zugehörigen Unsicherheiten dieser Kalibrierungsmethode sowie die statistischen Fehler für eine Messung der Masse des $W$-Bosons werden anhand der Template-Fit-Methode mit Pseudodaten für die \textit{lowMu} Datensätze ausgewertet. Es wird eine erste Abschätzung dieser Unsicherheiten gegeben. Für den pfoEM Algorithmus wird ein statistischer Fehler von $17\,\text{MeV}$ für den $5\,\textrm{TeV}$ Datensatz und von  $18\,\text{MeV}$ für den $13\,\textrm{TeV}$ Datensatz in der $W \rightarrow \mu \nu$ Analyse ermittelt. Die systematische Unsicherheit, welche durch die Auflösungsskalierung erzeugt wird, hat den größten Effekt. Für den $13\,\textrm{TeV}$ Datensatz wird ein Fehler von  $15\,\text{MeV}$ im Myonkanal abgeschätzt.
KW  - Standardmodell <Elementarteilchenphysik>
KW  - European Organization for Nuclear Research. ATLAS Collaboration
KW  - Präzisionsmessung
KW  - W-Boson
KW  - hadronischer Rückstoß
KW  - hadronic Recoil
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177828
ER  -