KIP-Veröffentlichungen

Diese Arbeit untersucht einen innovativen Ansatz zur Identifikation langlebiger Teilchen (LLPs), deren Zerfälle sich über zwei aufeinanderfolgende pp-Bunch-Crossings (BCs) erstrecken, wodurch die Möglichkeit ihrer Untersuchung aufgrund der Einschränkungen von Standard-Trigger- und Rekonstruktionsstrategien reduziert wird.

Ein speziell entwickelter Trigger korreliert den fehlenden transversalen Impuls eines langsamen LLPs mit einem um > 25 ns verzögerten, azimutal abgestimmten Jet mit versetztem Ursprung. Validierungsstudien in pp-Kollisionsdaten bestätigen die Triggerleistung und liefern Ansatzpunkte für künftige Verbesserungen. Zudem wurde ein erweitertes Rekonstruktionsframework für zeitlich verzetzte Zerfälle entwickelt, die in der Standard-ATLAS-Digitisierung unter Berücksichtigung der LHC-BC-Struktur nicht enthalten sind. Rekonstruierte Größen werden mit Erwartungen aus MC-Truth verglichen und zeigen gute Übereinstimmung. Abweichungen zwischen rekonstruierter und wahrer Jetenergie werden als Eigenschaft der Standard-Jetkalibrierungen identifiziert.

Ein Toy-Modell inspiriert von Inelastischer-Dipol Dunkler Materie dient zur Bewertung der Triggerleistung. Truth-Level-Machbarkeitsstudien ergeben Signal-Effizienzen im Subprozentbereich und Run-2-Erträge von O(10-100), begrenzt durch den geringen Anteil langsamer LLPs und Trigger-Abschattung durch QCD-Anfangszustrahlung (ISR). Eine datengetriebene Hintergrundprojektion sagt O(1600) Ereignisse voraus und führt zu Wirkungsquerschnittsgrenzen von O(0.1 pb), die schwächer sind als bestehende ATLAS-Beschränkungen, und deshalb ein verbessertes Benchmark-Modell mit höherem Anteil langsamer LLPs nahelegen.

This thesis explores a novel approach to identify Long-Lived Particles (LLPs) whose decays occur across two consecutive pp bunch-crossings (BCs), reducing the capability of probing them due to limitations of standard trigger and reconstruction strategies.

A dedicated trigger is utilised that correlates missing transverse momentum from a slow LLP with a > 25 ns delayed, azimuthally aligned displaced jet. Validation studies in pp collision data affirm trigger performance and inform future improvements. An extended reconstruction framework was developed for out-of-time decays, which are not considered in the standard ATLAS digitisation applying the LHC BC structure. Reconstructed quantities are compared to expectations based on MC truth, observing good closure. Disagreements between reconstructed and truth jet energies are shown to be a feature of standard jet calibrations.

A toy model inspired by Inelastic Dipole Dark Matter benchmarks the trigger performance. Truth-level feasibility studies give sub-percent signal efficiencies and Run-2 yields of O(10-100), found to be limited by a small fraction of slow LLPs and trigger-shadowing from initial-state radiations. A data-driven background projection predicts O(1600) events, leading to cross-section limits of O(0.1 pb). These are weaker than existing ATLAS constraints, calling for an improved benchmark model with a larger fraction of slow LLPs.