Search for Squarks and Gluinos in τ-lepton Final States with the ATLAS Experiment

Abstract

<strong>Suche nach Squarks und Gluinos in τ-Lepton Endzuständen mit dem ATLAS Experiment</strong><br /> Das erfolgreiche und wohletablierte Standardmodell der Teilchenphysik ist in der Lage, die Mehrheit der beobachteten Phänomene auf der mikroskopischen Skala der Elementarteilchen zu beschreiben. Trotz seiner hohen Vorhersagekraft zeigt es offensichtliche Unzulänglichkeiten. Es ist zum Beispiel nicht in der Lage, die experimentell bestätigte Beobachtung von dunkler Materie zu erklären oder Gravitation auf der Quantenskala zu beschreiben. Supersymmetrie ist eine vielseitige und lange verfolgte Theorie, die Lösungen zu diesen Unzulänglichkeiten bietet und in die das Standardmodell als niederenergetische Näherung vollständig eingebettet werden kann. Das ATLAS Experiment am Large Hadron Collider stellt eine einzigartige Forschungsumgebung dar, um nach ersten Anzeichen von Supersymmetrie zu suchen. Die Präsenz neuer, stark wechselwirkender Teilchen—Squarks und Gluinos—wäre ein starker Indikator für die Existenz von Supersymmetrie. Vielversprechende und experimentell zugängliche Signaturen der Zerfälle kurzlebiger Squarks und Gluinos können die Präsenz von τ-Leptonen beinhalten. Diese Arbeit präsentiert die durchgeführte Analyse in der Suche nach in τ-Leptonen zerfallenden Squarks und Gluinos als Hinweise auf Supersymmetrie. Die Analysestrategie beinhaltet ein fortgeschrittenes Verfahren zur Abschätzung des Einflusses von Prozessen des Standardmodells auf die Suche. Verschiedene Ansätze in der eigentlichen Suche nach Signalen von Supersymmetrie werden implementiert und ihre Verhalten verglichen. Die Ergebnisse der Suche werden einer detaillierten statistischen Analyse und anschließender Interpretation unterzogen. Da diese Arbeit die Entdeckung der gesuchten neuen Teilchen nicht für sich beanspruchen kann, werden obere Ausschlussgrenzen auf die Modellparameter von Supersymmetrie sowie die generelle Anwesenheit beliebiger Modelle neuer Physik gesetzt.

The successful and well-established Standard Model of Particle Physics is able to describe the majority of observed phenomena at the microscopic scale of elementary particles. Despite its high predictive power, it is also subject to certain manifest shortcomings. It is, for example, unable to explain the experimentally confirmed existence of dark matter or provide a description of gravity at the quantum scale. Supersymmetry is a versatile and long sought model that provides solutions to these shortcomings and into which the Standard Model can be fully embedded as a low-energy approximation. The ATLAS experiment at the Large Hadron Collider poses a unique experimental environment to search for first signs of Supersymmetry. The presence of new strongly interacting particles—squarks and gluinos—would be a strong indicator for the existence of Supersymmetry. Promising and experimentally accessible signatures of the decays of short-lived squarks and gluinos can comprise the presence of τ-leptons. This thesis presents the analysis carried out in the search for squarks and gluinos decaying to τ-leptons as signs for Supersymmetry. The analysis strategy comprises a sophisticated procedure to estimate the influence of Standard Model processes to the search. Different approaches in the actual search for signals of Supersymmetry are implemented and their performance is compared. The findings are made subject to a detailed statistical evaluation and subsequent interpretation. As no discovery of the sought new particles can be claimed, upper limits on the model parameters of Supersymmetry as well as on the general presence of any model of new physics are set.