Towards a measurement of the angle γ of the Unitarity Triangle with the LHCb detector at the LHC (CERN) : calibration of the calorimeters using an energy flow technique and first observation of the Bs0 -> D0K*0

Vers une mesure de l’angle γ du Triangle d’Unitarité avec le détecteur LHCb auprès du LHC (CERN) : étalonnage des calorimètres avec une technique de flux d’énergie et première observation de la désintégration Bs0 -> D0K*0

• Auteur / Autrice : Aurélien Martens
• Direction : Frédéric Machefert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 09/09/2011
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Noyaux, Cosmos (Paris ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'accélérateur linéaire (Orsay, Essonne ; 1969-2019)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Machefert, Achille Stocchi, Isabelle Wingerter Seez, Adrian Bevan, Marie-Hélène Schune, Sébastien Descotes-Genon, Roger Forty, Timothy Gershon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Wingerter Seez, Adrian Bevan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étalonnage

Calorimètres électromagnétiques

Grand collisionneur de hadrons

Violation de la règle CP (physique nucléaire)

Mésons

Hadrons -- Désintégration

Particules (physique)

Mots clés libres

Physique des particules

Hadrons - Désintégration

Mésons

Violation CP

CKM

Triangle d’unitarité

UT

Grand Collisionneur de Hadrons

LHC

LHCb

Calorimètres électromagnétiques

Etalonnage

Particle Physics

Particles, Hadrons - Decay

Mesons

CP Violation

CKM

Unitarity Triangle

UT

Large Hadron Collider

LHC

LHCb

Electromagnetic calorimeters

Calibration

Résumé

A ce jour la détermination de l’angle γ du Triangle d’Unitarité de la matrice de Cabibbo-Kabayashi-Maskawa est statistiquement limitée par la rareté des transitions b→ u. La précision obtenue en combinant les résultats des expériences BABAR et BELLE est proche de 10°. L’expérience LHCb auprès du LHC présente un fort potentiel d’amélioration pour ce paramètre de violation de CP, notamment via la désintégration Bd0 -> D0K*0, un des canaux clés de cette mesure. Les désintégrations D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 et D0 -> Kπππ sont étudiées dans cette thèse. L’utilisation de désintégrations faisant intervenir des π0 nécessite un bon étalonnage en énergie des calorimètres électromagnétiques. Une méthode d’étalonnage intercellules du ECAL basée sur le flux d’énergie, permet d’obtenir une inter-calibration de l’ordre de 1,5 %, l’échelle d’énergie absolue étant obtenue par des méthodes indépendantes non étudiées ici. La détermination du rapport d’embranchement de la désintégration Bs0 -> D0K*0, première étape du programme aboutissant à la mesure de la violation de CP dans le canal Bd0 -> D0K*0, est réalisée relativement au rapport d’embranchement de Bd0 -> D0ρ0. Le résultat final obtenu avec 36 pb−1 de données collectées par LHCb en 2010 reste dominé par l’erreur statistique :BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs).

The present status on the determination of the angle γ of the Cabibbo-Kabayashi-Maskawa Unitary Triangle is statistically limited by the rarity of b→ u transitions. The obtained precision combining results from the BABAR and BELLE experiments is close to 10°. The LHCb experiment at the LHC has a strong potential to reduce the uncertainty on this CP violation parameter, especially through the Bd0 -> D0K*0 decay, one of the key channels for this measurement. The D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 and D0 -> Kπππ decays are studied in this thesis. Decays involving π0 require an accurate energy calibration of electromagnetic calorimeters. An inter-calibration technique based on the energy flow allows to obtain the 1.5 % level, the absolute scale being obtained from independent methods studied elsewhere. The determination of the Bs0 -> D0K*0 decay branching ratio, first step towards a measurement of CP violation in the Bd0 -> D0K*0 channel, is performed relatively to the Bd0 -> D0ρ0 decay. The final result, obtained with 36 pb−1 of data collected by LHCb in 2010 is dominated by the statistical uncertainty:BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs).