Estimation of the background to the H -> tau tau signal due to hadronic jets misidentified as tau lepton decays for the CMS experiment

Abstract

Die Bestimmung der genauen Eigenschaften des im Jahre 2012 am CERN entdeckten Higgs-Bosons ist eine wichtige Aufgabe, um die Übereinstimmung mit den durch das Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagten Werten wie beispielsweise der Kopplungsstärke zu Fermionen zu untersuchen. Der Zerfall des HiggsBosons zu zwei Tau-Leptonen stellt einen dafür sehr gut geeigneten Prozess dar. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die datenbasierte Fake-Factor-Methode zur Abschätzung des Anteils von Hintergrundereignissen beim Zerfall des Higgs-Bosons in zwei Tauonen, welcher durch die fälschliche Identikation von durch Quarks oder Gluonen initiierten Jets als hadronisch zerfallende Tauonen zustandekommt, zu analysieren und zu erweitern. Die Methode wurde erweitert um die Verwendung von Z Datensätzen, erstellt mit der -Embedding Methode, zu verwenden und die daraus resultierenden Ergebnisse wurden untersucht. Verschiedene Ansätze zur Erhöhung der Genauigkeit und Robustheit der Fake-Factor-Methode wurden behandelt und ausgewertet. Die Fake-Factor-Methode wurde auf am CMSExperiment in den Jahren 2016 und 2017 gesammelte Kollisionsdaten angewendet und die entsprechenden Ergebnisse vorgestellt. Die erweiterte Fake-FactorMethode wird in aktuellen vorläufigen CMS Messungen zu den Eigenschaften des Higgs-Bosons sowie in den bevorstehenden Publikationen über die Ergebnisse aus den Messungen aus dem Zeitraum 2016 bis 2018 verwendet.

Detailed research of the properties of the Higgs boson found at CERN is an important task to determine compliance with values predicted by the standard model of particle physics for observables such as its coupling strength to fermions. The decay of the Higgs boson into two tau leptons represents a very promising process for such measurements. In this thesis the heavily data driven fake factor method for estimation of the background arising from jets initiated by quarks or gluons being misidentied as hadronically decaying tau leptons is analyzed and extended. The eect of using Z samples created with the embedding technique is reviewed. Several updates to the fake factor method to increase its performance and robustness are implemented, tested and discussed. Results of the application of the fake factor method to proton-proton collision data collected by the CMS experiment in 2016 and 2017 and its performance are presented. The extended method is used in recent preliminary CMS measurements of Higgs boson properties and for the upcoming legacy publications with the CMS data set recorded from 2016 to 2018.