Phénoménologie des mésons B à la recherche d'un signal au-delà du modèle standard

par Jeremy Hebinger

Thèse de doctorat en Physique des particules

Sous la direction de Emi Kou.

Le président du jury était Achille Stocchi.

Le jury était composé de Emi Kou, Achille Stocchi, Akimasa Ishikawa, Vincent Morénas, Eli Ben-Haim, Christopher Smith.

Les rapporteurs étaient Akimasa Ishikawa, Vincent Morénas.


  • Résumé

    Durant les dernières décennies, la désintégration induite par une boucle $b o sgamma$, a attiré beaucoup d'attention à cause de sa sensibilité potentielle à la nouvelle physique. Dans le model standard, les transitions $b o sgamma_{L(R)}$ et $overline{b} o overline{s}gamma_{R(L)}$ sont proportionnelles aux coefficients de Wilson $C_7(C'_7)$.La désintégration $B o Kpipigamma$ offre à travers l'analyse angulaire un observable P impaire ($lambda$) et à traversle mélange $B-overline{B}$ un observable CP impaire ($S_{ho Kgamma}$) tous deux étants sensibles au rapport $C'_7/C_7approx m_s/m_b$. La difficulté principale étant que $lambda$ et $S_{ho Kgamma}$ sont accompagnés par un facteur de dilution provenant de la désintégration forte. Ce travail est centré sur l'éstimation et la modélisation de ces facteurs de dilution. La transition $B o Kpipigamma$ se produit en tant quetrois désintégrations successives.La transition faible $B o K_{res}gamma$ est suivie par la désintégration forte en trois corps de la résonance kaonic $K_{res} o Kpipi$ via trois états intermediaires distincts $ho K$, $K^*pi$ et $kappapi$.L'observable $S_{ho Kgamma}$ est accessible avec l'état final $K^0pi^+pi^-gamma$, mais la présence de $K^{*pm}pi^mp$ et $kappa^pmpi^mp$, n'étants pas état propre de CP, induit le facteur de dilution $D$.Pour résoudre ce problème, nous dérivons l'expression de $D$ en fonction des ondes partielles $ho K$, $K^*pi$ et $kappapi$ et en incluant les résonances kaonic $K_1(1270/1400), K^*(1410)$ et $K_2^*(1430)$. Afin de calculer le facteur de dilution, les ondes partielles peuvent être extraites avec l'état final $K^{pm}pi^{mp}pi^{pm}gamma$, où la sensibilité expérimentale est plus élevée. Ensuite, nous proposons une nouvelle méthode, indépendante du model, pour déterminer $D$, qui consiste a extraire le facteur de dilution independamment de $S_{ho Kgamma}$ en utilisant des états finaux avec un pion neutre tels que $K^+pi^-pi^0gamma$. En exploitant des données existantes avec $m_{Kpipi} <1.8;$GeV$/c^2$, nous obtenons $D=0.92pm0.17$.Lorsque l'on considère juste $K_1(1270/1400)$ et $K^*(1410)$, $lambda$ peut être extrait de la distribution angulaire and de Dalitz avec une précision de l'ordre de $pm 10%$ pour un echantillon de $5.10^3$ évènements générés à l'aide de la méthode Monté Carlo. Mais cela demande une bonne connaissance de différentes quantités importantes pour la désintégration forte telles que l'angle de mélange de $K_1$, les rapports de branchement individuel $B o K_{res}gamma$ et les phases relatives. Nous montrons que certains de ces paramètres et $lambda$ peuvent être simultanément ajustés avec une perte de précision de juste quelques pourcents. Puis nous dérivons comment, en utilisant seulement la distribution angulaire, il est possible d'annuler partiellement les contributions provenants de la désintégration forte afin d'obtenir une limite inférieure pour $|lambda|$.

  • Titre traduit

    B Mesons Phenomenology to the Search of a Signal Beyond the Standard Model


  • Résumé

    Over the last decades, the loop induced decay $b o sgamma$ has attracted a considerable amount of attention due to its potential sensitivity to new physics. In the standard model, the processes $b o sgamma_{L(R)}$ and $overline{b} o overline{s}gamma_{R(L)}$ are proportional to the Wilson coefficients $C_7(C'_7)$. The decay $B o Kpipigamma$ provides via angular analysis a parity odd observable ($lambda$) and via $B-overline{B}$ mixing a CP odd observable ($S_{ho Kgamma}$) both sensitive to the ratio $C'_7/C_7approx m_s/m_b$. The main issue is that both $lambda$ and $S_{ho Kgamma}$ are accompanied by a dilution factor originating from the strong decay. This work is focused on the estimation and modelisation of those dilution factors.The transition $B o Kpipigamma$ occurs as three subsequent decays. The weak process $B o K_{res}gamma$ is followed by the strong 3-body decay of the kaonic resonance $K_{res} o Kpipi$ via three distinct intermediate states $ho K$, $K^*pi$ and $kappapi$.The observable $S_{ho Kgamma}$ is accessible with the final state $K^0pi^+pi^-gamma$, but the presence of non CP eigenstates $K^{*pm}pi^mp$ and $kappa^pmpi^mp$ induce the dilution factor $D$.To deal with this inconvenience, we derive the expression of $D$ in terms of the partial waves $ho K$, $K^*pi$ and $kappapi$ and including the koanic resonances $K_1(1270/1400), K^*(1410)$ and $K_2^*(1430)$. The partial waves can then be fitted using the final state $K^{pm}pi^{mp}pi^{pm}gamma$, where the experimental sensitivity is higher, in order the compute the dilution factor. Then we propose a new model independent method to determine $D$, which consist in extracting the dilution factor independently of $S_{ho Kgamma}$ using final states with one neutral pion such as $K^+pi^-pi^0gamma$. Exploiting existing data with $m_{Kpipi} <1.8;$GeV$/c^2$, we obtained $D=0.92pm0.17$.When considering only $K_1(1270/1400)$ and $K^*(1410)$, fitting the angular and Dalitz plot distribution allows to extract $lambda$ with an accuracy of the order of $pm 10%$ for a sample of $5.10^3$ Monte Carlo generated events. But this require a good knowledge of different quantities of importance in the strong decay such as the $K_1$ mixing angle, individual $B o K_{res}gamma$ branching ratios and relative phases. We show that some of those parameters can simultaneously fitted with $lambda$ with a loss of accuracy of just a few percent. We derive how, using only the angular distribution, one can partially cancel contribution from the strong decay and obtain a lower bound on $|lambda|$.


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