Top-Quark Pair Production Cross Sections and Calibration of the Top-Quark Monte-Carlo Mass: Measurements Performed with the CMS Detector Using LHC Run I Proton-Proton Collision Data

این پایان نامه اولین کالیبراسیون آزمایشی جرم مونت کارلو با کوارک بالا را ارائه می کند. همچنین اندازه گیری مقطع تولید جفت کوارک بالا مستقل از جرم و دقیق ترین تا به امروز را فراهم می کند. دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های جرم کوارک بالا، پارامتر جرم کوارک بالا (جرم مونت کارلو) مورد استفاده در شبیه‌سازی‌ها را به دست می‌آورد که تا حدی بر اساس مدل‌های اکتشافی هستند. تفسیر آن بر حسب پارامترهای جرم مورد استفاده در محاسبات نظری، به عنوان مثال. یک دویدن یا یک توده قطبی، یک مشکل باز دیرینه با پیامدهای گسترده فراتر از فیزیک ذرات بوده است، حتی بر نتیجه گیری در مورد پایداری وضعیت خلاء جهان ما تأثیر می گذارد.
در این پایان نامه، این مشکل به صورت تجربی حل شده است. در سه مرحله با استفاده از داده های به دست آمده با آشکارساز الکترومغناطیسی میون فشرده (CMS). دقیق ترین اندازه گیری های مقطع تولید جفت کوارک بالا تا به امروز انجام شده است. جرم مونت کارلو تعیین شده و روش جدیدی برای استخراج جرم کوارک بالا از محاسبات نظری ارائه شده است. در نهایت، مقاطع تولید کوارک بالا - برای اولین بار - بدون وابستگی باقیمانده به جرم کوارک بالا به‌دست می‌آیند، با استفاده از محاسبات نظری برای تعیین جرم کوارک بالا و جرم قطب با دقت بی‌سابقه‌ای تفسیر می‌شوند. به طور کامل با جرم مونت کارلو با کوارک بالایی که به طور همزمان به دست آمده مقایسه شده است.

This thesis presents the first experimental calibration of the top-quark Monte-Carlo mass. It also provides the top-quark mass-independent and most precise top-quark pair production cross-section measurement to date. The most precise measurements of the top-quark mass obtain the top-quark mass parameter (Monte-Carlo mass) used in simulations, which are partially based on heuristic models. Its interpretation in terms of mass parameters used in theoretical calculations, e.g. a running or a pole mass, has been a long-standing open problem with far-reaching implications beyond particle physics, even affecting conclusions on the stability of the vacuum state of our universe.
In this thesis, this problem is solved experimentally in three steps using data obtained with the compact muon solenoid (CMS) detector. The most precise top-quark pair production cross-section measurements to date are performed. The Monte-Carlo mass is determined and a new method for extracting the top-quark mass from theoretical calculations is presented. Lastly, the top-quark production cross-sections are obtained – for the first time – without residual dependence on the top-quark mass, are interpreted using theoretical calculations to determine the top-quark running- and pole mass with unprecedented precision, and are fully consistently compared with the simultaneously obtained top-quark Monte-Carlo mass.