= Etude de la désintégration BO en Kstar0 électron positron avec le détecteur LHCb et développement d'un nouveau concept de détecteur PID : le FDIRC

Study of the BO to Kstar0 electron positron decay with the LHCb detector and development of a novel concept of PID detector : the Focusing DIRC

• Auteur / Autrice : Martino Borsato
• Direction : Marie-Hélène Schune, Nicolas Arnaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (lumière)

Désintégration radiative

Interactions électrofaibles

Modèle standard (physique)

Détecteurs de Čerenkov

Mots clés libres

Flavour Changing Neutral Currents

B Physics

LHCb

Fdirc

Résumé

Les courants neutres changeant le saveur de type b —>sy sont interdites au niveau de l'arbre dans le Modèle Standard (MS) et ils se produisent au premier ordre à travers des diagrammes radiatives à boucle. Par conséquent, ils sont sensibles à la Nouvelle Physique (NP), qui peut contribuer soit au niveau de l'arbre ou de la boucle. En outre, la chiralité de l'interaction faible dans le MS implique que le photon émis a une polarisation gauche. Cependant, toute une classe de théories de NP ne partagent pas cette caractéristique du MS et pourraient se manifester sans ambiguïtés comme une contribution droite à la polarisation. Cette thèse présente la première étude de la polarisation du photon provenant du processus b —>sy à travers une analyse angulaire du canal BO —>K* 0 e+e-. Même si BO —> *K* 0 e+e- n'est pas une transition b—>s de type radiative, la contribution avec un photon virtuel qui se couple à la paire de leptons domine dans la région de bas q carré. De plus, le canal avec des électrons plutôt que des muons permet de mieux isoler cette contribution à l'extrémité inférieure du spectre de q carré. La luminosité intégrée de 3 fb-1 recueillie par LHCb au cours du Run 1 du LHC a permis pour la première fois de sélectionner un échantillon d'évènements B0—>K* 0 e+e¬ assez grands pour mesurer les asymétries transverses AT(2)=-0. 23±0. 23±0. 05 et ATIm=0. 14±0. 22±0. 05 dans la région de bas q carré entre 0. 002 GeV2/c4 et 1 GeV2/c4. Ces mesures sont consistent avec les prédictions du MS et ils fournissent de nouvelles contraintes sur les contributions droitiers à la polarisation avec le même niveau de précision que ceux venant des mesures faites avec des désintégrations radiatives. Les expériences de physique du saveur nécessitent de détecteurs avancés dédiés à l'identification des différentes saveurs des hadrons chargés. Ces détecteurs sont pour la plupart basés sur la détection de la lumière Cherenkov émise par ces particules lorsqu'elles traversent un milieu diélectrique. Cette thèse présente également l'activité de R&D sur un nouveau concept de détecteur basé sur le détecteur DIRC de l'expérience BABAR : le FDIRC. Son design est destiné à l'utilisation dans un environnement avec un bruit de fond deux ordres de grandeurs plus grand que dans BABAR grâce à une caméra d'imagerie plus rapide, de dimension réduite et composée de silice fondue résistant à l'irradiation. Le premier prototype à grande échelle a été testé au télescope à rayons cosmiques de SLAC et a démontré la faisabilité du concept de détecteur.

Flavour-changing neutral current processes of the type b --+ sy are forbidden at the tree level in the Standard Model (SM) and occur at leading order through radiative loop diagrams. Therefore, they are sensitive to new physics (NP), which may contrebute either at the tree or loop level. Furthermore, the chirality of the weak interaction in the SM implies that the photon emitted has left-handed polarisation. However, a whole class of NP theories do not share this SM feature and may manifest unambiguously as a right-handed contribution to the polarisation. This thesis presents the first study of the b-* sy photon polarisation through an angular analysis of the B0-*K* 0 e+e- channel. Even though BO-*K* 0 e+e- is not a radiative b s transition, the contribution from a virtual photon coupling to the lepton pair dominates in the low-q2 region. Furthermore, the channel with electrons rather than muons allows to better isolate the virtual photon contribution at the low end of the q 2 spectrum. The integrated luminosity of 3 fb-1 collected by LHCb during LHC Run 1 allowed for the first time to select a sample of B0-›K* 0 e+e- events large enough to measure the transverse asymmetries AT(2)=-0. 23±0. 23±0. 05 and ATIm=0. 14±0. 22±0. 05 in the low q2 region between 0. 002 GeV2/c4 and 1 GeV2/c4. These measurements are found to be consistent with SM predictions and provide new constraints on right handed contributions to the photon polarisation at the same level of precision as the ones from measurements involving radiative decays. Flavour physics experiments require advanced detectors dedicated to the identification of the different flavours of charged hadrons. Most of them are based on the detection of the Cherenkov light emitted by these particles as they traverse a dielectric medium. This thesis presents also the R&D activity on a new detector concept based on the BABAR DIRC, the FDIRC. Its design is intended to operate the detector in an environment with background two orders of magnitude larger than BABAR thanks to a faster and smaller imaging camera made of radiation-hard fused silica. The first full-scale prototype of the FDIRC was tested at the SLAC Cosmic Ray Telescope and demonstrated the feasibility of the detector concept.