Analyse du canal B⁰s→J/ψK∗⁰ et contraintes sur les processus pingouins dans les désintégrations B⁰s→J/ψφ auprès du détecteur LHCb

Analysis of the B⁰s→J/ψK∗⁰ channel and contraints on penguin processes in B⁰s→J/ψφ decays at LHCb detector

• Auteur / Autrice : Walaa Kanso
• Direction : Olivier Leroy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules et Astroparticules
• Date : Soutenance le 29/09/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Eric Kajfasz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yasmine Amhis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stephane Monteil, Marta Calvi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle standard (physique)

Hadrons -- Désintégration

Particules (physique)

Violation de la règle CP (physique nucléaire)

Mots clés libres

La violation CP

Le mélange Bs-Bsbar

LHCb

Le canal B⁰s→J/ψK∗⁰

Φs

Diagrammes pingouins

CP violation

Bs-Bsbar mixing

LHCb

B⁰s→J/ψK∗⁰ channel

Φs

Penguin diagrams

Résumé

La désintégration B⁰s→J/ψφ peut se faire suivant deux processus principaux: l'arbre et les pingouins sous-dominants. Négligée jusqu'à maintenant, la contribution des diagrammes pingouins doit être contrôlée afin d'isoler les effets du Modèle Standard de l'éventuelle présence de Nouvelle Physique dans la mesure de la phase φs. Nous avons étudié le canal B⁰s→J/ψK∗⁰ dans lequel les diagrammes pingouins ne sont pas négligeables par rapport à l'arbre. Avec 3 fb⁻¹ de données enregistrées par LHCb, nous avons mesuré le rapport démbranchement: B(B⁰s→J/ψK∗⁰)=(4.17±0.18(stat)±0.26(syst)±0.24(fd/fs))×10−5, où fd(s) est la fraction de production du méson B0(B0s). Nous avons effectué une analyse angulaire des produits de désintégrations J/ψ et K*⁰ afin déxtraire les fractions de polarisations et, pour la première fois, l'asymétrie CP en fonction des différents états de polarisations de l'état final. Les asymétries CP directes mesurées sont nulles, comme prédit par le Modèle Standard. Nous avons mesuré: f0 =0.497⁺⁰⋅⁰²⁴₋₀⋅₀₂₅(stat)±0.025(syst) et f‖=0.179⁺⁰⋅⁰²⁷₋₀⋅₀₂₆(stat)±0.013(syst). Nous avons déterminé les premières contraintes sur les diagrammes pingouins dans la phase φs en utilisant le canal B⁰s→J/ψK∗⁰. En combinant avec le canal B⁰→J/ψρ⁰, la déviation sur la phase φs due aux processus pingouins, est inférieure à 19mrad pour les trois polarisations. L'effet des processus pingouins est donc suffisamment petit pour que la mesure de la phase φs (σφs=35mrad) demeure une des mesures phares de LHCb dans les années à venir, pour rechercher de la Nouvelle Physique.

Within the Standard Model, the decay B⁰s→J/ψφ can occur via two main processes: the predominant tree and the sub-leading penguin. Penguin contributions have been so far ignored. Controlling them is crucial in order to disentangle Standard Model effects from possible New Physics in the measurement of φs. We studied the B⁰s→J/ψK∗⁰ channel where penguin diagrams are not negligible compared to tree. Using 3 fb⁻¹ of data collected by LHCb, we measured the branching ratio: B(B⁰s→J/ψK∗⁰)=(4.17±0.18(stat)±0.26(syst)±0.24(fd/fs))×10−5, where fd(s) is the production fraction of the B⁰(B⁰s) meson. We performed an angular analysis of the decay products J/ψ and K∗⁰ to extract the polarisation fractions and the first estimate of the polarization-dependent direct CP asymmetry. Our results show no evidence for direct CP violation in B⁰s→J/ψK∗⁰, as expected in the Standard Model. We measured: f0=0.497⁺⁰⋅⁰²⁴₋₀⋅₀₂₅(stat)±0.025(syst) and f‖=0.179⁺⁰⋅⁰²⁷₋₀⋅₀₂₆(stat)±0.013(syst). We determined the first constraints on penguin diagrams in φs phase using the B⁰s→J/ψK∗⁰ channel. Combining with the B⁰→J/ψρ⁰ decays, the shift on φs, due to penguin processes, is below 19mrad for the three polarizations. The effect of penguin processes is therefore sufficiently small to keep the φs measurement (σφs=35mrad) among the top priorities of LHCb for the upcoming years, to search for New Physics.