Ghosal, ArpanArpanGhosal2026-06-152026-06-152026-03-11https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/9064Diese Dissertation präsentiert die erste Beobachtung der Paarproduktion von Top-Quarks in Verbindung mit zwei Photonen (tt̄γγ). Dieser Prozess ist nicht nur im Standardmodell selten, sondern stellt auch einen irreduziblen Untergrund für den tt̄H (H → γγ) Prozess dar. Der damit verbundene tt̄γ Prozess, bei dem ein Top-Quark Paar in Verbindung mit einem einzelnen Photon erzeugt wird, ist gut untersucht, und sein inklusiver Wirkungsquerschnitt wurde kürzlich vom ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider (LHC) gemessen. Die in dieser Dissertation vorgestellte Arbeit konzentriert sich auf die Messung des tt̄γγ Prozesses mit dem ATLAS-Experiment. Die Messung wird im Zerfallskanal mit einem Lepton durchgeführt. Die Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 140 fb⁻¹ an Proton-Proton-Kollisionen, die während Run 2 bei einer Schwerpunktenergie von 13 TeV aufgezeichnet wurden. Die Messung wird innerhalb eines eingeschränkten Phasenraumvolumens durchgeführt, das auf Teilchenebene unter Verwendung kinematischer Kriterien für Leptonen, Photonen und Jets definiert ist. Der Wirkungsquerschnitt der tt̄γγ Produktion wird mit der Profile-Likelihood-Methode und einem Boosted Decision Tree (BDT) gemessen. Der BDT wurde trainiert, den tt̄γγ Signalprozess von den Untergrundprozessen zu trennen. Zusätzlich wird das Verhältnis der Wirkungsquerschnitte der $t\bar{t}\gamma\gamma$ und $t\bar{t}\gamma$ Prozesse aus einer simultanen Messung extrahiert. Der Wirkungsquerschnitt für die Produktion von tt̄γγ beträgt 2,42^{+0,58}_{-0,53} fb und entspricht einer beobachteten Signifikanz von 5,2 Standardabweichungen, was die erste Beobachtung dieses Prozesses darstellt. Darüber hinaus ergibt die Messung des Verhältnisses der Wirkungsquerschnitte von tt̄γγ zu tt̄γ einen Wert von (3,30^{+0,70}_{-0,65}) X 10^{-3}. Da jedoch keine entsprechenden theoretischen Vorhersagen vorliegen, kann derzeit kein direkter Vergleich mit den experimentell gemessenen Werten durchgeführt werden.This thesis presents the first observation of top-quark pair production process in association with two photons (tt̄γγ), which is not only rare in the Standard Model but also constitutes an irreducible background to the tt̄H (H → γγ) process. The related tt̄γ process, in which a top-quark pair is produced in association with a single photon, has been well studied, and its inclusive cross section was recently measured by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). The work presented in this thesis focuses on the measurement of the tt̄γγ process with the ATLAS experiment. The measurement is performed in the single-lepton decay channel. The data correspond to an integrated luminosity of 140 fb⁻¹ in proton–proton collisions collected during Run 2 at a centre-of-mass energy of 13 TeV. The measurement is carried out within a fiducial phase space volume defined at particle level using kinematic requirements for the lepton, photons, and jets. The tt̄γγ production cross section is measured using the profile likelihood method and a Boosted Decision Tree (BDT). The BDT was trained to separate the tt̄γγ signal process from the background processes. Additionally, the ratio of the cross sections of the tt̄γγ and tt̄γ processes is extracted from a simultaneous fit. The tt̄γγ production cross section is found to be 2.42^{+0.58}_{-0.53} fb and corresponds to an observed significance of 5.2 standard deviations, which constitutes the first observation of this process. Furthermore, the measured ratio of the cross sections of tt̄γγ to tt̄γ yields a value of (3.30^{+0.70}_{-0.65}) X 10^{-3}. However, in the absence of corresponding theoretical predictions, no direct comparison with the experimentally measured values can be performed at present.en530 PhysicsPromotionDissertationTop-physicsLHCATLASTop-PhysikLHCATLASDoctoral ThesisDiez Pardos, Carmenurn:nbn:de:hbz:467-90648