In dieser Arbeit wird eine Suche nach schweren pseudoskalaren () und skalaren () Higgs-Bosonen vorgestellt, die in ein Top-Quark-Paar (t¯) zerfallen. Die Suche wurde mit einem Datensatz durchgeführt, der in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von √ = 13 TeV gewonnen wurde und einer integrierten Luminosität von 140 fb−1 entspricht. Die Analyse ber¨ucksichtigt Interferenzeffekte zwischen dem Signalprozess und der t¯-Produktion des Standardmodells (SM). Es werden Endzustände mit genau einem oder zwei Elektronen oder Myonen betrachtet. Spezifische Methoden für die statistische Inferenz bei Vorhandensein von Signal-Hintergrund-Interferenz werden im Rahmen der Suche vorgestellt. In der Suche wurde keine signifikante Abweichung von der SM-Vorhersage beobachtet. Die Ergebnisse der Suche werden im Rahmen eines Modells mit zwei Higgs-Feldern (Two-Higgs-Doublet Model, 2HDM) vom Typ II im Alignment Limit interpretiert, in dem die pseudoskalaren und skalaren Higgs-Bosonen die gleiche Masse haben ( = ), sowie im Rahmen der hMSSM-Parametrisierung der minimalen supersymmetrischen Erweiterung im Standardmodell. Verhältnisse der Vakuumerwartungswerte der beiden Higgs-Felder, tan , kleiner als 3,49 (3,16) werden auf dem 95%-Konfidenzniveau für = = 400 GeV im 2HDM (hMSSM) ausgeschlossen. In der 2HDM-Interpretation werden Massen bis zu 1240 GeV auf dem 95%-Konfidenzniveau für den niedrigsten getesteten tan -Wert von 0,4 ausgeschlossen. In der hMSSM-Interpretation werden Massen bis zu 950 GeV für tan = 1.0 ausgeschlossen. Zusätzlich werden Ausschlussgrenzen für die Kopplung von (Pseudo)Skalaren an Top Quarks angegeben, separat für die Hypothese des Vorhandenseins eines einzelnen skalaren bzw. pseudoskalaren Teilchens. Der LHC und seine Experimente sollen umfassend aufgerüstet werden, mit dem Ziel, am Ende des des High-Luminosity LHC-Programms von 3 ab−1 zu erreichen. Ein wichtiger Teil des ATLAS-Upgrades ist der Ersatz des derzeitigen Inneren Detektors (ID) durch einen neuen, vollständig aus Silizium bestehenden Inneren Tracker (ITk). Dichte hadronische Umgebungen, wie sie im Zentrum von hochenergetischen Jets anzutreffen sind, stellen eine besondere Herausforderung für die Rekonstruktion der Spuren (Tracks) geladener Teilchen dar, da sie durch eine hohe lokale Dichte ionisierender Teilchen gekennzeichnet sind. Die Energiedeposition (Cluster), die diese Teilchen in denSiliziumsensoren hinterlassen, verschmelzen dabei mit hoher Wahrscheinlichkeit und bilden Cluster mit Beiträgen von mehreren Teilchen. Dies wirkt sich negativ auf die Effizienz der Spurrekonstruktion und die Genauigkeit bei der Bewertung der Spureneigenschaften aus. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Rekonstruktion und Identifikation von Mehrteilchenclustern bei hohen Teilchendichten im ITk untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass die Effizienz und Präzision der Spurrekonstruktion dank der feinen Granularität des ITk gegenüber der Spurrekonstruktion im ID verbessert wird. Die Studie unterstreicht auch den potenziellen Nutzen spezieller Algorithmen zur Identifizierung von Mehrteilchenclustern, zur Verbesserung der Spurrekonstruktion bei hohen Teilchendichten.
A search for heavy pseudoscalar () and scalar () Higgs bosons decaying into a top-quark pair ( ¯) is presented. The search has been conducted using 140 fb−1 of proton–proton collision data collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC), with a centre-of-mass energy of √ = 13 TeV. The analysis accounts for interference effects between the signal process and Standard Model (SM) ¯ production. Final states with exactly one or two electrons or muons are considered. Specific methods for statistical inference in the presence of signal-background interference are presented in the context of the search. No significant deviation from the SM prediction is observed. The results of the search are interpreted within the framework of a two-Higgs-doublet model (2HDM) of type II in the alignment limit, in which the pseudoscalar and scalar Higgs bosons are mass-degenerate ( = ), as well as within the hMSSM parameterisation of the minimal supersymmetric extension of the Standard Model. Ratios of the vacuum expectation values of the two Higgs fields, tan , smaller than 3.49 (3.16) are excluded at the 95% confidence level for = = 400 GeV in the 2HDM (hMSSM). In the 2HDM interpretation, masses up to 1240 GeV are excluded at 95% confidence level for the lowest tested tan value of 0.4. In the hMSSM interpretation, masses up to 950 GeV are excluded for tan = 1.0. Additionally, exclusion limits on the (pseudo)scalar-top-quark coupling as a function of the (pseudo)scalar mass are provided in the context of a generic model in which the couplings are varied independently of the decay width of the new particle. The LHC and its experiments are scheduled for an extensive upgrade, with the goal of accumulatingan integrated luminosity of 3 ab−1 at the end of the High-Luminosity LHC programme. An important part of the ATLAS upgrade is the replacement of the current Inner Detector (ID) with a new, all silicon, Inner Tracker (ITk). Dense hadronic environments, encountered in the core of high- jets, are particularly challenging for the reconstruction of charged-particle trajectories (tracks), as they are characterised by a high local density of ionising particles. The energy deposits (clusters) left by these particles in the silicon sensors are likely to merge and form clusters with contributions from multiple particles. This negatively affects the track reconstruction efficiency, and the precision in the evaluation of track properties. A study of the expected performance of clustering and tracking in dense hadronic environments with the ITk is presented. The tracking performance is found to be improved with respect to ID tracking, thanks to the fine granularity of the ITk. The study also highlights the potential gain from dedicated algorithms for merged-cluster identification for the mitigation of the negative effects of cluster merging within the ITk.