This thesis explores potential strategies towards a search for new physics effects within the top-antitop quark invariant mass spectrum in proton-proton collisions, with data recorded by the CMS experiment. The focus is on heavy resonances decaying into top-antitop quark pairs. The analysis targets final states featuring one electron or muon, alongside missing transverse energy and a minimum of two jets. Both well-separated as well as highly collimated decay products are considered. To prepare for Run 3 data analysis, an existing study is reproduced using the new columnar-based analysis framework Columnflow and the 2017 dataset, corresponding to an integrated luminosity of 41.48 fb−1. The approach involves corrections, event selection, reconstruction of the top-antitop quark pair system, a machine learning-based process classification, and a the statistical inference model. As a proof of principle and a basis for the upcoming Run 3 data analysis, the analysis is implemented and improved. Furthermore, expected limits on the production cross section times branching ratio of the production and decay of a topcolor leptophobic Z′ in a mass range of 0.4 TeV to 9 TeV at 95% confidence level are derived.
Diese Arbeit untersucht mögliche Effekte neuer Physik auf das invariante Massenspektrum eines Top-antitop-Quarkpaar in Proton-Proton-Kollisionen unter Verwendung von Daten des CMS Experiments. Der Schwerpunkt liegt dabei auf schweren Resonanzen, die in Top-antitop-Quarkpaare zerfallen. Die Analyse zielt auf Endzustände mit genau einem Elektron oder Myon sowie fehlender Transversalenergie und einem Minimum von zwei Jets ab. Es werden gut getrennte und stark kollimierte Zerfallsprodukte berücksichtigt. Zur Vorbereitung der Analyse von Run-3-Daten wird eine bestehende Studie mit dem neuen spaltenbasierten Analyse-Framework Columnflow und dem Datensatz von 2017 reproduziert, was einer integrierten Luminosität von 41.48 fb−1 entspricht. Die Analysestrategie umfasst Korrekturen, die Ereignisselektion, die Rekonstruktion des Top-antitop-Quarkpaarsystems, eine auf maschinellem Lernen basierende Prozessklassifikation und ein statistisches Inferenzmodell. Als Test des Prinzips und als Grundlage für die bevorstehende Analyse von Run-3-Daten wird die Analyse implementiert und verbessert. Darüber hinaus werden erwartete Limits für den Produktionswirkungsquerschnitt multipliziert mit dem Verzweigungsverhältnis des Zerfalls von leptophobischen Topcolor Z′ in einem Massenbereich von 0.4 TeV to 9 TeV bei einem Konfidenzlevel von 95% abgeleitet.