Tracking, b-tagging and measurement of the b-jet production cross section with the ATLAS detector

The Standard Model of elementary particle physics was developed to describe the fundamental particles which constitute matter and the interactions between them. The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva was built to solve some of the remaining open questions in the Standard Model and to explore physics beyond it, by colliding two proton beams at world-record centre-of-mass energies. The ATLAS experiment is designed to reconstruct particles and their decay products originating from these collisions. The precise reconstruction of particle trajectories plays an important role in the identification of particle jets which originate from bottom quarks (b-tagging). This thesis describes the step-wise commissioning of the ATLAS track reconstruction and b-tagging software and one of the first measurements of the b-jet production cross section in pp collisions at sqrt(s)=7 TeV with the ATLAS detector. The performance of the track reconstruction software was studied in great detail, first using data from cosmic ray showers and then collisions at sqrt(s)=900 GeV and 7 TeV. The good understanding of the track reconstruction software allowed a very early deployment of the b-tagging algorithms. First studies of these algorithms and the measurement of the b-tagging efficiency in the data are presented. They agree well with predictions from Monte Carlo simulations. The b-jet production cross section was measured with the 2010 dataset recorded by the ATLAS detector, employing muons in jets to estimate the fraction of b-jets. The measurement is in good agreement with the Standard Model predictions.Das Standard Modell der Elementarteilchenphysik beschreibt die Elementarteilchen, aus denen die Materie besteht, und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Um die meisten der offenen Fragen des Standard Modells zu klären sowie Theorien darüber hinaus zu testen, wurde der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf entwickelt. Der LHC kollidiert zwei Protonenstrahlen mit der welthöchsten Schwerpunktsenergie. ATLAS, eines der Experimente am LHC, ist darauf ausgerichtet, Teilchen aus diesen Kollisionen und deren Eigenschaften zu messen. Die präzise Rekonstruktion von Teilchentrajektorien spielt eine große Rolle bei der Identifikation von Teilchenjets, die von bottom-Quarks stammen (b-Tagging). Themen dieser Arbeit sind die stufenweise Inbetriebnahme der Spurrekonstruktions- und b-Taggingsoftware sowie eine der ersten Messungen des b-Jet-Wirkungsquerschnitts mit dem ATLAS Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV. Die Eigenschaften der Spurrekonstruktionssoftware wurden zunächst mit Hilfe der kosmischen Hintergrundstrahlung und dann in Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 900 GeV und 7 TeV detailliert studiert und mit entsprechenden Monte Carlo Simulationen verglichen. Das gute Verständnis der Spurrekonstruktionssoftware gewährleistete eine sehr frühe Inbetriebnahme der b-Taggingalgorithmen. Erste Studien dieser Algorithmen und die Messung der b-Taggingeffizienz in Daten werden präsentiert und stimmen gut mit Vorhersagen aus Monte Carlo Simulationen überein. Der b-Jet-Wirkungsquerschnitt wurde mit Hilfe von Myonen in Jets gemessen und ist in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen des Standard Modells

Tracking, b-tagging and measurement of the b-jet production cross section with the ATLAS detector

The Standard Model of elementary particle physics was developed to describe the fundamental particles which constitute matter and the interactions between them. The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva was built to solve some of the remaining open questions in the Standard Model and to explore physics beyond it, by colliding two proton beams at world-record centre-of-mass energies. The ATLAS experiment is designed to reconstruct particles and their decay products originating from these collisions. The precise reconstruction of particle trajectories plays an important role in the identification of particle jets which originate from bottom quarks (b-tagging). This thesis describes the step-wise commissioning of the ATLAS track reconstruction and b-tagging software and one of the first measurements of the b-jet production cross section in pp collisions at sqrt(s)=7 TeV with the ATLAS detector. The performance of the track reconstruction software was studied in great detail, first using data from cosmic ray showers and then collisions at sqrt(s)=900 GeV and 7 TeV. The good understanding of the track reconstruction software allowed a very early deployment of the b-tagging algorithms. First studies of these algorithms and the measurement of the b-tagging efficiency in the data are presented. They agree well with predictions from Monte Carlo simulations. The b-jet production cross section was measured with the 2010 dataset recorded by the ATLAS detector, employing muons in jets to estimate the fraction of b-jets. The measurement is in good agreement with the Standard Model predictions.Das Standard Modell der Elementarteilchenphysik beschreibt die Elementarteilchen, aus denen die Materie besteht, und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Um die meisten der offenen Fragen des Standard Modells zu klären sowie Theorien darüber hinaus zu testen, wurde der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf entwickelt. Der LHC kollidiert zwei Protonenstrahlen mit der welthöchsten Schwerpunktsenergie. ATLAS, eines der Experimente am LHC, ist darauf ausgerichtet, Teilchen aus diesen Kollisionen und deren Eigenschaften zu messen. Die präzise Rekonstruktion von Teilchentrajektorien spielt eine große Rolle bei der Identifikation von Teilchenjets, die von bottom-Quarks stammen (b-Tagging). Themen dieser Arbeit sind die stufenweise Inbetriebnahme der Spurrekonstruktions- und b-Taggingsoftware sowie eine der ersten Messungen des b-Jet-Wirkungsquerschnitts mit dem ATLAS Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV. Die Eigenschaften der Spurrekonstruktionssoftware wurden zunächst mit Hilfe der kosmischen Hintergrundstrahlung und dann in Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 900 GeV und 7 TeV detailliert studiert und mit entsprechenden Monte Carlo Simulationen verglichen. Das gute Verständnis der Spurrekonstruktionssoftware gewährleistete eine sehr frühe Inbetriebnahme der b-Taggingalgorithmen. Erste Studien dieser Algorithmen und die Messung der b-Taggingeffizienz in Daten werden präsentiert und stimmen gut mit Vorhersagen aus Monte Carlo Simulationen überein. Der b-Jet-Wirkungsquerschnitt wurde mit Hilfe von Myonen in Jets gemessen und ist in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen des Standard Modells

On the equivalence of pairing correlations and intrinsic vortical currents in rotating nuclei

The present paper establishes a link between pairing correlations in rotating nuclei and collective vortical modes in the intrinsic frame. We show that the latter can be embodied by a simple S-type coupling a la Chandrasekhar between rotational and intrinsic vortical collective modes. This results from a comparison between the solutions of microscopic calculations within the HFB and the HF Routhian formalisms. The HF Routhian solutions are constrained to have the same Kelvin circulation expectation value as the HFB ones. It is shown in several mass regions, pairing regimes, and for various spin values that this procedure yields moments of inertia, angular velocities, and current distributions which are very similar within both formalisms. We finally present perspectives for further studies.Comment: 8 pages, 4 figures, submitted to Phys. Rev.

Search for direct production of charginos and neutralinos in events with three leptons and missing transverse momentum in √s = 7 TeV pp collisions with the ATLAS detector

A search for the direct production of charginos and neutralinos in final states with three electrons or muons and missing transverse momentum is presented. The analysis is based on 4.7 fb−1 of proton–proton collision data delivered by the Large Hadron Collider and recorded with the ATLAS detector. Observations are consistent with Standard Model expectations in three signal regions that are either depleted or enriched in Z-boson decays. Upper limits at 95% confidence level are set in R-parity conserving phenomenological minimal supersymmetric models and in simplified models, significantly extending previous results

Measurement of the top quark-pair production cross section with ATLAS in pp collisions at \sqrt{s}=7\TeV

A measurement of the production cross-section for top quark pairs(\ttbar) in $pp$ collisions at \sqrt{s}=7 \TeV is presented using data recorded with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. Events are selected in two different topologies: single lepton (electron $e$ or muon $\mu$) with large missing transverse energy and at least four jets, and dilepton ($ee$, $\mu\mu$ or $e\mu$) with large missing transverse energy and at least two jets. In a data sample of 2.9 pb-1, 37 candidate events are observed in the single-lepton topology and 9 events in the dilepton topology. The corresponding expected backgrounds from non-\ttbar Standard Model processes are estimated using data-driven methods and determined to be $12.2 \pm 3.9$ events and $2.5 \pm 0.6$ events, respectively. The kinematic properties of the selected events are consistent with SM \ttbar production. The inclusive top quark pair production cross-section is measured to be \sigmattbar=145 \pm 31 ^{+42}_{-27} pb where the first uncertainty is statistical and the second systematic. The measurement agrees with perturbative QCD calculations.Comment: 30 pages plus author list (50 pages total), 9 figures, 11 tables, CERN-PH number and final journal adde