Search for Pair-Produced Scalar Leptoquarks Decaying into Top-Quarks and Muons at √s=13TeV with the CMS Experiment

Author: 
Arne-Christoph Reimers
Date: 
May 2016

Thesis Type:

In der vorliegenden Arbeit wird die erste Suche nach Paarproduktion skalarer Leptoquarks, die in Top-Quarks und Myonen zerfallen, vorgestellt. Der hierfür verwendete Datensatz wurde vom CMS-Detektor im Jahr 2015 in Proton-Proton Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 13TeV aufgenommen und entspricht einer integrierten Luminosität von 2.3fb$^{−1}$.
In der Ereignisselektion werden mindestens zwei isolierte Myonen und mindestens zwei Jets im Endzustand gefordert, um mögliche Leptoquark-Zerfälle gegenüber dem vom Standardmodell vorhergesagten Untergrund anzureichern. Ziel dieser Selektion ist eine hohe Sensitivität auf Leptoquark-Signale über einen möglichst großen Massenbereich. Außerdem wird eine datengetriebene Methode zur Vorhersage des dominanten Standardmodell-Untergrundes, der aus der Produktion von $t\bar{t}$+zusätzlichen Jets besteht, angewendet.
Es wird kein Überschuss an Daten gegenüber der Standardmodellvorhersage festgestellt. Unter der Annahme, dass Leptoquarks ausschließlich in ein Top-Quark und ein Myon zerfallen, können durch Paarproduktion erzeugte skalare Leptoquarks bis zu einer Masse von 970 GeV bei einem Konfidenzintervall von 95% ausgeschlossen werden. Im semileptonischen Zerfallskanal kann außerdem die Leptoquarkmasse rekonstruiert werden. Es wird gezeigt, dass sie die Sensitivität dieser Suche deutlich erhöhen kann.

A first search for pair-produced scalar leptoquarks decaying into top quarks and muons is presented. The dataset analyzed has been recorded by the CMS experiment in proton-proton-collisions with √s = 13 TeV in 2015 and corresponds to an integrated luminosity of 2.3fb$^{−1}$.
In the event selection at least two isolated muons and two or more jets are required to enrich possible leptoquark signal over the Standard Model background. The selection aims at high sensitivity to leptoquarks over a wide mass range. A data driven method for the estimation of the dominant Standard Model background, the production of $t\bar{t}$+additional jets, is applied.
No excess over known Standard Model background processes is observed. Under the assumption of unit branching ratio, pair-produced leptoquarks decaying into top quarks and muons are excluded up to masses of 970 GeV at the 95% C.L. This limit is the first that has been set in the considered decay channel and complements other leptoquark searches.
In the semi-leptonic decay channel, the leptoquark mass is reconstructed. By using this observable, the sensitivity of this search can be enhanced.

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