Search for radiative B decays to orbitally excited mesons at LHCb

par Boris Quintana

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Vincent Tisserand et de Olivier Deschamps.

Soutenue le 25-11-2019

à Clermont Auvergne , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire de Physique de Clermont / LPC (laboratoire) .

Le président du jury était Arantza de Oyanguren Campos.

Le jury était composé de Sébastien Descotes-Genon, Frédéric Blanc.

Les rapporteurs étaient Isabelle Ripp-Baudot, Miriam Calvo Gomez.

  • Titre traduit

    Recherche de désintégrations radiatives de mésons B vers des états orbitalement excités à LHCb


  • Résumé

    Cette thèse présente une étude des désintégrations radiatives des mésons B0 et Bs, produits lors des collisions de protons du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), au Laboratoire Européen de Physique des Particules (CERN),vers des états orbitallement excités. Elle s’inscrit dans le contexte de recherche indirecte de physique au-delà du Modèle Standard de la Physique des Particules. Les données récoltées par le détecteur LHCb pendant le Run 1(2011-2012) et le Run 2 (2015-2018) du LHC, correspondant à une luminosité intégrée de 8.7 fb−1, sont utilisées pour l’analyse. Une sélection optimisée des états finals comprenant deux traces chargées et un photon est mise en place, permettant de regrouper un très grand échantillon de désintégrations radiatives de hadrons beaux. Un modèle est ajusté à la masse invariante du système, permettant de soustraire statistiquement les différentes contributions de bruit de fond polluant les données.Une première analyse en amplitude est ensuite mise en place pour une étude détaillée de la structure hadronique dans le mode Bs → K+K−γ. Elle permet la première observation du mode Bs → f2j (1525)γ avec une mesure de rapport d’embranchement normalisé à celui du mode dominant Bs → φγ:B(Bs → f2j γ) = (24.1 ± 0.9 (stat) +1.6 (syst) ± 0.6 (br)) × 10−2B(Bs → φγ)−0.8C’est également le second mode de désintégration radiative du méson Bs jamais observé. Une analyse similaire est faite pour le mode B0 → K±π∓γ, et permet une mesure préliminaire du rapport d’embranchement du mode B0 → K2∗(1430)γ, normalisé à celui du mode dominant B0 → K∗0γ:(B0 K∗0(1430)γ)B(B0 → K∗0(892)γ) = (36.4 ± 0.4 (stat) ± 1.3(BR))%Une étude détaillée des erreurs systématiques affectant la mesure reste néanmoins nécessaire pour connaitre sa compétitivité vis-à-vis des mesures actuelles. Utilisant une stratégie similaire, une sélection préliminaire des modes B K0hhγ est aussi mise en place pour estimer la statistique disponible à LHCb pour ces modes qui permettraient de mesurer la polarisation du photon dans la transition b sγ. Ce travail sera à la base d’une analyse portée sur les données du Run 3 du LHC.


  • Résumé

    This document presents studies of radiative decays of B0 and Bs mesons to orbitally excited states, produced in proton collisions at the Large Hadron Collider (LHC) of CERN (European Council for Nuclear Research). It takes place in the context of the search for new physics processes beyond the standard model of particle physics. The work is based on the data collected at the LHCb experiment during the Run 1(2011-2012) and the Run 2 (2015-2018) of the LHC, which corresponds to an integrated luminosity of about 8.7 fb−1. First, an optimised selection of the final states comprising of two charged tracks and a high energy photon is put in place, regrouping a large samples of B hadron radiative decays. Then, a mass model is fit to the data distribution, allowing to statistically subtract the background contributions in the data set.A first amplitude analysis is then developed to study the hadronic structure in the Bs → K+K−γ decay mode. Resulting from this analysis is the first observation of the Bs → f2j (1525)γ mode together with a relative branching ratio measurement:B(Bs → f2j γ) = (24.1 ± 0.9 (stat) +1.6 (syst) ± 0.6 (br)) × 10−2B(Bs → φγ) −0.8It is the second radiative decay mode observed for the Bs meson. A similar analysis is performed on the B0 → K±π∓γ mode, allowing a preliminary measurement of the relative branching ratio of B0 → K2∗(1430)γ:(B0 K∗0(1430)γ)B(B0 → K∗0(892)γ) = (36.4 ± 0.4 (stat) ± 1.3(BR))%However, a detailed systematics study is needed to assess its competitivity with previous measurements of this decay mode. Making use of a similar selection strategy, a preliminary study of B K0hhγ modes is also set up during the thesis to estimate the available statistics for these modes at LHCb, which are particularly interesting to measure the photon polarisation in the b sγ transition. This work will be the starting point of an analysis comprising the future data that will be collected during the Run 3 of the LHC.


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