Promotionsvortrag von Nils Julius Abicht

Diese Arbeit präsentiert Studien zur Produktion einzelner Top-Quarks in Verbindung mit einem Photon (tqgamma), basierend auf 140 fb^-1 an Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 13 TeV, aufgezeichnet mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider während Run 2. Mit einem Wirkungsquerschnitt der Größenordnung eines Pikobarn gehört dieser Prozess zu den seltensten Top-Quark-Prozessen im Standardmodell und erlaubt eine direkte Messung der elektroschwachen Kopplung zwischen Top-Quark und Photon. Der inklusive tqgamma-Wirkungsquerschnitt wurde bereits von der ATLAS-Kollaboration gemessen und lag über der theoretischen Vorhersage, was weitere Untersuchungen motiviert. Wesentliche Bestandteile der vorherigen ATLAS-Messung werden unter aktualisierten Rekonstruktions- und Softwarebedingungen überarbeitet. Für das Signal-Sample wird eine spezielle Methode angewendet, bei der next-to-leading-order Monte-Carlo-Samples kombiniert werden, um die Abstrahlung von Photonen sowohl während der Produktion als auch während des Zerfalls des Top-Quarks konsistent zu beschreiben. Hintergrundbeiträge aus Prozessen mit falsch identifizierten oder nicht-prompten Photonen werden mittels datenbasierter Methoden abgeschätzt. Ein Neuronales Netz wird trainiert, um eine signalangereicherte Stichprobe zu selektieren, wodurch die Untersuchung der kinematischen Eigenschaften des Prozesses ermöglicht wird. Die resultierenden Verteilungen stimmen innerhalb der statistischen Unsicherheiten mit den theoretischen Vorhersagen überein. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse bilden die Grundlage für eine zukünftige differentielle Wirkungsquerschnittsmessung der Produktion einzelner Top-Quarks in Verbindung mit einem Photon.