Mesure de l'universalité de couplage aux leptons avec des baryons b et préparation de l'électronique du calorimètre pour l'upgrade de LHCb

par Vitalii Lisovskyi

Projet de thèse en Physique des particules

Sous la direction de Marie-Hélène Schune et de Yasmine Amhis.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Particules, hadrons, énergie et noyaux: Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulation , en partenariat avec LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    LHCb est l'un des quatre détecteurs situés aux points de collisions du LHC au CERN (Laboratoire Européen de Physique des Particules), à Genève. Le domaine d'étude de l'expérience LHCb est la recherche de nouvelle physique dans les désintégrations des hadrons beaux et charmés. Le sujet de thèse porte sur le test de l'universalité de couplage aux leptons avec des baryons contenant un quark beau. Ce test permet de chercher de la physique au delà de celle du Modèle Standard. Cette analyse est particulièrement intéressante car l'universalité de couplage aux leptons a déjà été testée récemment dans LHCb et une déviation de 2.6 sigma par rapport aux prédictions du Modèle Standard a été observé arXiv : 1406.6482. Nous chercherons à reconstruire des baryons-b se désintégrant en une paire de leptons (électrons ou muons) et un baryon Lambda*. Ce travail sera mené grâce aux données collectées entre 2010-2012 et 2015-2018 au LHC (Run Run I et II). Il consistera tout d'abord en la mise au point d'algorithmes permettant une sélection efficace sur ce type d'événements. Il s'agira ensuite développer l'analyse proprement dite c'est a dire l'écriture d'un programme d'ajustement, l'étude des contaminations de désintégrations aux topologies similaires et l'estimation de tous les effets systématiques liés au détecteur. Ce travail s'appuiera sur l'expertise du groupe du LAL quant à la reconstruction de paires d'électrons. Un «upgrade » important du détecteur LHCb est prévu lors du prochain arrêt de longue durée du LHC. A cette occasion, l'électronique des calorimètres de l'expérience sera intégralement remplacée. Une autre partie du travail de thèse portera sur la détermination de la résistance aux radiations de cette électronique qui est en cours de réalisation au LAL. Il s'agira donc de réaliser des tests en faisceau sur des composants, de tester les nouvelles  cartes et d'estimer les effets des radiations dans l'environnement de la caverne du détecteur et dans les conditions du faisceau du LHC, après l' « upgrade » de l'expérience. La thèse se fera au sein du groupe LHCb du Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire qui est impliqué à la fois dans la conception du détecteur (électronique des calorimètres, déclenchement de premier niveau, etc...) et dans la préparation de la physique (développement des programmes de simulation et d'analyse). Le groupe comporte une dizaine de physiciens (chercheurs permanents, post-doctorants et doctorants). Cette thèse implique une présence régulière au CERN dans le cadre de la collaboration LHCb à la fois pour participer à la prise de données mais aussi aux réunions portant sur la physique. Les physiciennes du groupe du LAL qui travaillent sur le sujet de thèse sont Yasmine Amhis et Marie-Hélène Schune.

  • Titre traduit

    Measuring the coupling universality to leptons with b-baryons and studies for the calorimeter electronics in view of the upgrade of LHCb


  • Résumé

    LHCb is one of four detectors located at the points of the LHC collisions at CERN (European Laboratory for Particle Physics) in Geneva. The field of study of the LHCb experiment is the search for new physics in the decays of beauty and charm hadrons. The thesis deals with the test of the coupling universality of leptons with baryon containing a bottom quark. The purpose of this test is to look for physics beyond the Standard Model. This analysis is particularly interesting because the lepton coupling universality has been recently tested in LHCb and a deviation of 2.6 sigma compared to the Standard Model predictions was observed, arXiv: 1406.6482. We will reconstruct b-baryon decays into a pair of leptons (electrons or muons) and the Lambda* baryon. This will be done using data collected between 2010-2012 and 2015-2018 at the LHC (Run I and II). It will consist initially in the development of algorithms for efficient selection of such events. The next step is to develop the actual analysis that is to say the writing of an adjustment program, studying the decays of contamination with similar topologies and the estimation of all systematic effects related to the detector. This work will build on the expertise of the group of LAL on the reconstruction of electron pairs. An significant "upgrade" of the LHCb detector is planned at the next LHC long shutdown. On this occasion, the electronic calorimeters of the experiment will be completely replaced. Another part of the thesis work will focus on determining the radiation resistance of this electronic (which is underway at LAL). It will therefore be to make beam tests on components, test new boards and to estimate the effects of radiation in the environment of the detector and under the conditions of the LHC beam, after the LHCb "upgrade". The thesis will be done in the LHCb group of LAL which is involved both in the design of the detector (electronic of the calorimeters, first-level trigger, etc ...) and in the preparation of physics (development of simulation and analysis codes). The group includes a dozen physicists (permanent researchers, post-docs and PhD students). This thesis involves a regular presence at CERN as part of the LHCb collaboration both to participate in data taking, but also in meetings related to physics. The physicists of LAL group working on the thesis are Yasmine Amhis and Marie-Hélène Schune.