Search for the lepton flavor violating decays Bs->tµ and Bd->tµ with the LHCb experiment

par Joan Arnau Romeu

Thèse de doctorat en Physique des Particules et Astroparticules

Sous la direction de Giampiero Mancinelli et de Julien Caugan.

Soutenue le 10-09-2018

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) , en partenariat avec Centre de physique des particules de Marseille (laboratoire) .

Le président du jury était Cristinel Diaconu.

Le jury était composé de Marcella Bona.

Les rapporteurs étaient Marie-Hélène Schune, Marta Calvi.

  • Titre traduit

    Recherche des désintégrations violant la saveur leptonique Bs -> tµ et Bd -> tµ avec l'expérience LHCb


  • Résumé

    La désintégration $B_{ (s)}$ → τμ est supprimée dans le SM, où le nombre leptonique est conservé. Son observation serait donc une preuve non ambiguë de la physique au-delà du SM. Des résultats récents [1,2] ont ravivé l'intérêt pour la recherche de tels processus [3]. Cette thèse présente la recherche des désintégrations $B_{ (s)}$→ τμ dans l'expérience LHCb, l'une des 4 grandes expériences menées au Large Hadron Collider (LHC) du CERN.Le lepton τ se désintègre avant d'atteindre le détecteur LHCb et est reconstruit en utilisant le canal τ → πππν. Le neutrino provenant de la désintégration du τ échappe à la détection. Une technique de reconstruction spécifique est utilisée pour déduire l'énergie du neutrino et donc la masse invariante du méson B qui s'est désintégré.Afin de séparer le signal du bruit de fond, une sélection hors ligne composée de différentes étapes est appliquée. Des techniques d'analyse multivariées, telles que les arbres de décision boostés (BDT), sont utilisées pendant le processus de sélection.La stratégie d'analyse est complétée par un ajustement simultané à la distribution de masse invariante des mésons B dans différentes régions d'un BDT final. Selon les prédictions du SM, aucun événement de signal n'est attendu. Dans ce cas, la méthode CLs sera utilisée pour extraire les limites supérieures des rapports de branchement BR($B_{ (s)}$→ τμ).[1] Test of lepton universality using $B^+$→$K^+$$l ^+$$l ^-$ decaysPhys. Rev. Lett. 113, 151601 (2014)[2] Measurement of the ratio of branching fractions BR(B → D*τ ν)/BR(B → D*μν)Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 111803[3] Lepton Flavour Violation in B Decays ? Phys. Rev. Lett. 114, 091801 (2015)


  • Résumé

    The decay $B_{ (s)}$→τμ is suppressed in the SM, in which lepton flavour is conserved. Its observation would therefore be an unambiguous evidence of physics beyond the SM. Recent results [1,2] revived the interest for the search of such processes [3]. This thesis presents the search for the $B_{ (s)}$→τμ decays within the LHCb experiment, one of the 4 large experiments operated at the CERN Large Hadron Collider (LHC).The τ lepton decays before reaching the LHCb detector and is reconstructed using the τ→πππν channel. The neutrino from the τ decay escapes detection. A specific reconstruction technique is used in order to infer the energy of the ν and thus the invariant mass of the decaying B meson. This way, the complete kinematics of the process can be solved up to a two fold ambiguity.In order to disentangle signal from background, an offline selection consisting of different steps is applied. Data driven and multivariate analysis techniques, such as Boosted Decision Trees (BDT), are used during the selection process. The analysis strategy is completed by a simultaneous fit to the B meson invariant mass distribution over the different bins of a final BDT. According to the SM expectations, no signal events should be observed. In this case, the CLs method will be used to extract the upper limits on the branching fractions.[1] Test of lepton universality using $B^+$→$K^+$$l ^+$$l ^-$ decaysPhys. Rev. Lett. 113, 151601 (2014)[2] Measurement of the ratio of branching fractions BR(B → D*τ ν)/BR(B → D*μν)Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 111803[3] Lepton Flavour Violation in B Decays ? Phys. Rev. Lett. 114, 091801 (2015)

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