A data-driven method for Higgs boson analyses in di-τ final states for the LHC Run II and beyond

Das τ-Embedding ist eine datenbasierte Methode zur Abschätzung des Beitrags von Prozessen mit zwei τ-Leptonen im Ereignis. Die Methode verwendet einen ereignisbasier- ten Ansatz, bei dem zwei rekonstruierte Myonen in den Daten ausgewählt werden, die durch zwei simulierte τ-Leptonenzerfälle ersetzt werden. Das daraus resultierende Ereignis vereint die simulierten τ-Leptonenzerfälle mit einem sonst unveränderten Ereignis. Das τ-Embedding führt zu einer verbesserten Beschreibung der Eigenschaften von Jets und von Pile-up-Kollisionen. Es ist die wichtigste Abschätzungsmethode für Untergründe mit zwei τ-Leptonen im Endzustand innerhalb der CMS-Kollaboration und wurde in den letzten Jahren in zahlreichen Higgs-Boson-Analysen in ττ-Endzuständen angewendet.
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In dieser Arbeit wird die neueste Implementierung der Methode beschrieben. In einem umfassenden, Analysebeispiel wird die Methode mit einem Modell verglichen, das auf vollständig simulierten Prozessen basiert. Mehr als 8 Millionen CPU-Stunden wurden auf- gewendet, um die neue Implementierung von τ-Embedding Ergebnisse für die LHC Run II Analysen zu erzeugen. Die vorgestellten Studien legen den Grundstein für die Verwendung von τ-Embedding in mehreren geplanten Higgs-Boson-Analysen in ττ-Endzuständen auf den kombinierten Datensätzen von Run II und III, die eines der wichtigsten Ergebnisse des LHC-Phase-1-Physikprogramms darstellen werden.

The τ-embedding is a method to estimate the contribution from events with two genuine τ leptons in the event from data. The technique uses an event-by-event approach, where two reconstructed muons are selected in data, which are replaced by two simulated τ lepton decays. The resulting τ-embedded event only relies on the simulation of the τ lepton decays, while the rest of the event remains unchanged. This approach results in an improved description of the properties of jets, the underlying event, and pile-up collisions. The τ-embedding method is the main estimation method for genuine di-τ backgrounds within the CMS Collaboration and has been applied in numerous Higgs boson analyses in di-τ final states over the last years. ... mehrThe most recent implementation of the method is described in this thesis. The method is compared with a model based on fully simulated processes in a comprehensive, realistic analysis example. More than 8 million CPU hours have been spent to produce the most recent implementation of τ-embedded samples for the LHC Run II analyses. The presented studies lay the foundation for using τ-embedded samples in several anticipated Higgs boson analyses in di-τ final states on the combined Run II and III data sets, which will form one of the major results of the LHC phase 1 physics program.