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Abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit werden Messungen des inklusiven Wirkungsquerschnittes σ der Einzel-Top-Quark (t) und Top-Antiquark (¯t) Erzeugung im t-Kanal präsentiert, die mit Proton Kollisionsdaten mit einer Schwerpunktsenergie von 7 TeV am LHC durchgeführt wurden. Zum ersten Mal werden auch die differenzielle Wirkungsquerschnitte dieser Prozesse als Funktion sowohl des transversalen Impulses als auch der Rapidität des Top-Quarks und des Top-Antiquarks gemessen. Der analysierte Datensatz entspricht einer integrierten Luminosität von 4.59 fb-1 und wurde mit dem ATLAS Detektor aufgezeichnet. Ausgewählte Ereignisse enthalten ein geladenes Lepton, fehlenden transversale Energie, und zwei oder drei Jets. Schließlich werden die inklusiven Wirkungsquerschnitte mit einem Maximum-Likelihood Fit an die Ausgangsverteilungen neuronaler Netze bestimmt. Die gemessenenWerte sind σ(tq) = 46±6 pb, σ(¯tq) = 23±4 pb, und σ(tq + ¯tq) = 68 ± 8 pb und ihre Unsicherheiten werden von systematischen Unsicherheiten dominiert. Auch wird das Wirkungsquerschnittsverhältnis von Top-Quark zu Top-Antiquark Produktion Rₜ = σ(tq)/σ(¯tq) ermittelt zu Rₜ = 2:04 ± 0:18. Die Unsicherheit auf Rₜ ist limitiert durch die Datenstatistik. Mit dem Verhältnis von σ(tq+¯tq) zu der Theorievorhersage und unter der Voraussetzung, dass die CKM Matrixelemente mit Top-Quark Beteiligung |Vtb| >> |Vts|, |Vtd|, wird das CKM Matrixelement |Vtb| = 1:02 ± 0:07 bestimmt. Die differentiellen Wirkungsquerschnitte werden mit Hilfe eines iterativen Entfaltungsverfahren nach dem Satz von Bayes bestimmt und ihre Unsicherheit ist durch die Datenstatistik limitiert. Alle präsentierten Resultate stimmen mit der Vorhersage des Standardmodells der Teilchenphysik überein.

Abstract (English)

This thesis presents measurements of the t-channel single top-quark (t) and topantiquark (¯t) total production cross sections σ in proton-proton collisions at √s = 7 at the LHC. Differential cross sections for the tq and ¯tq processes are measured as a function of the transverse momentum and the absolute value of the rapidity of t and ¯t, respectively, for the first time. The analyzed data set was recorded with the ATLAS detector and corresponds to an integrated luminosity of 4.59 fb-1. Selected events contain one charged lepton, large missing transverse momentum, and two or three jets. The cross sections are measured by performing a binned maximum-likelihood fit to the output distributions of neural networks. The resulting measurements are σ(tq) = 46 ± 6 pb, σ(¯tq) = 23 ± 4 pb, and σ(tq + ¯tq) = 68 ± 8 pb, and the uncertainty on each measured cross section is dominated by systematic uncertainties. In addition the ratio of top-quark to top-antiquark production Rₜ = σ(tq)=σ(¯tq) is measured to be Rₜ = 2:04 ± 0:18. The uncertainty on Rₜ is mainly statistical. Using the ratio of σ(tq + ¯tq) to its theoretical prediction, and assuming that the top-quark-related CKM matrix elements obey the relation |Vtb| |Vts|, |Vtd|, we determine |Vtb| = 1:02 ± 0:07. The differential cross sections are determined using an iterative unfolding method, that utilizes Bayes theorem. The uncertainties on the results are dominated by the limited data statistics. All results presented in this thesis are consistent with the Standard Model expectation.

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