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Unverdorben, Christopher Gerhard (2015): Measurement of the CKM matrix element |V_ts|². Dissertation, LMU München: Fakultät für Physik
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Abstract

Diese Arbeit beschreibt die erste direkte Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|. Sie basiert auf Daten, die im Jahr 2012 mit dem ATLAS Detektor bei √s = 8 TeV pp-Kollisionen und einer integrierten Luminosität von 20.3 fb⁻¹ aufgezeichnet wurden. Insgesamt sind 112171 mögliche tt̅-Ereignisse im Lepton+Jets-Kanal mit einer Reinheit von 90.0 % rekonstruierbar, die für die Hauptanalyse zur Verfügung stehen. Laut Vorhersage zerfallen hiervon 183 Ereignisse über tt̅→WWbs̅ (inkl. Ladungskonjugation) und können für die Bestimmung des Betragsquadrats |V_ts|² verwendet werden. Für eine Identifikation dieser seltenen Zerfälle werden verschiedenste Observablen untersucht, wie z.B. die Eigenschaften von Jets und Tracks sowie von b-Quark Identifikationsmethoden. Darüber hinaus werden Hadronen von s-Quarks betrachtet, die K0s Teilchen, die über einen kinematischen Fit rekonstruiert werden. Die Observablen mit den besten Eigenschaften werden anschließend in einer multivariaten Analyse ("Boosted decision trees") zu einer einzigen zusammengefasst. Die dazugehörigen Monte-Carlo-Simulationen werden dann als Template für eine Beschreibung der Daten verwendet, was als Ergebnis zu einem Signifikanz-Wert von 0.7σ für t→s+W Zerfälle führt. Insgesamt ergibt sich ein oberes Limit von |V_ts|² < 1.74 %. Dieses wurde bezüglich eines Vertrauensbereiches von 95 % bestimmt, unter Berücksichtigung sämtlicher systematischen und statischen Unsicherheiten. Diese Arbeit, basierend auf einer direkten Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|², führt somit zum bisher besten direkten Limit für |V_ts|².

Abstract

This is the first direct measurement of the CKM matrix element |V_ts|, using data collected by the ATLAS detector in 2012 at √s=8 TeV pp-collisions with a total integrated luminosity of 20.3 fb⁻¹. The analysis is based on 112171 reconstructed tt̅ candidate events in the lepton+jets channel, having a purity of 90.0 %. 183 tt̅→WWbs̅ decays are expected (charge conjugation implied), which are available for the extraction of the CKM matrix element |V_ts|². To identify these rare decays, several observables are examined, such as the properties of jets, tracks and of b-quark identification algorithms. Furthermore, the s-quark hadrons K0s are considered, reconstructed by a kinematic fit. The best observables are combined in a multivariate analysis, called "boosted decision trees". The responses from Monte Carlo simulations are used as templates for a fit to data events yielding a significance value of 0.7σ for t→s+W decays. An upper limit of |V_ts|² < 1.74 % at 95 % confidence level is set, including all systematic and statistical uncertainties. So this analysis, using a direct measurement of the CKM matrix element |V_ts|², provides the best direct limit on |V_ts|² up to now.