Analyse angulaire de désintégrations B⁰ →K*⁰e⁺e⁻ avec le détecteur LHCb et upgrade de l'électronique des calorimètres

Angular analysis of B⁰ →K*⁰e⁺e⁻ decays with the LHCb detector and upgrade of the electronics of the calorimeters

• Auteur / Autrice : Fabrice Desse
• Direction : Marie-Hélène Schune
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 22/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cristina Lazzeroni, Tim Gershon, Aoife Bharucha, Florian Beaudette
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cristina Lazzeroni, Tim Gershon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrons

Physique des hautes énergies

Particules (physique)

Mots clés libres

Physique du B

LHCb

Electrons

Polarisation du photon

Désintégrations rares

LHCb

Electrons

B physics

Photon polarization

Rare decays

Résumé

Les courants neutres changeant la saveur de type b -> s gamma ne sont autorisés qu’au niveau des boucles dans le Modèle Standard (MS). Ils sont donc potentiellement sensibles à des effets de Nouvelle Physique (NP) intervenant dans les boucles quantiques qui pourraient se manifester via la modification de certaines observables angulaires. Dans le MS, le photon est principalement émis avec une polarisation gauche. Cependant, plusieurs théories de NP autorisent une importante contribution des courants droits. L’analyse angulaire des désintégrations B0->K*e+e- à très bas q2 (la masse invariante de la paire de dielectron au carré) permet d’étudier la structure de l’hélicité des transitions b -> s gamma grâce à la contribution dominante du photon virtuel couplé à la paire de dielectron à très bas q2. Cette thèse présente l’analyse angulaire de désintégrations B0->K*e+e- utilisant l’ensemble des collisions proton-proton enregistrées par l’expérience LHCb durant les Run 1 et 2 entre 2011 et 2018, représentant une luminosité intégrée de 9.1 fb^−1 aux énergies dans le centre de masse allant de 7 à 13 TeV. Les asymétries transverses dans la région de q2 [0.0001, 0.25] GeV^2 /c^4 sont mesurées à hauteur de AT(2) = 0.106 ± 0.103 + 0.016 −0.017 , ATIm = 0.015 ± 0.102 ± 0.012, ATRe = −0.064 ± 0.077 ± 0.015 et FL = 0.044 ± 0.026 ± 0.014. 077 ± 0.015et F L = 0.044 ± 0.026 ± 0.014. Ces mesures représentent actuellement la plus importante contrainte mondiale sur la polarisation droite du photon dans les transitions b->s gamma.Le détecteur LHCb subit une importante mise à jour en 2019/2020 afin de faire fonctionner l’expérience à une luminosité instantanée de 2 × 10^33 cm−2s−1. L’électronique des calorimètres doit notamment être mise à niveau avec de nouvelles Cartes Front-End (CFE) adaptées à une lecture à 40 MHz. Cette thèse présente également l’upgrade du module Low Level Trigger de la CFE qui est notamment responsable de l’identification des cluster d’énergie transverse maximale pour chaque évènement.

Flavor changing neutral current processes of the type b -> s gamma are forbidden at tree level in the Standard Model (SM). They are thus sensitive to potential New Physics (NP) effects occurring via loop processes which may manifest themselves through the modification of angular observables. In the SM, the photon is predominantly left handed. However several NP theories allow large right-handed currents. The angular analysis of B0 ->K*e+e- decays at very low q2 (the dielectron pair invariant mass squared) allows to study the helicity structure of b -> s gamma transitions thanks to the dominant contribution from the virtual photon coupling to the dielectron pair at very low q2. This thesis presents the angular analysis of B0 ->K*e+e- decays using the full Run 1 and Run 2 proton-proton collision datasets collected between 2011 and 2018 at the LHCb experiment, corresponding to an integrated luminosity of 9.1 fb^-1 at centre-of-mass energies ranging from 7 to 13 TeV. The transverse asymmetries in the q2 range [0.0001, 0.25] GeV^2/c^4 are measured as AT(2) = 0.106 ± 0.103 + 0.016−0.017 , ATIm = 0.015 ± 0.102 ± 0.012, ATRe = −0.064 ± 0.077 ± 0.015 and FL = 0.044 ± 0.026 ± 0.014. These measurements provide the current world’s best constraint on right handed contributions to the photon polarization in b -> s gamma transitions.The LHCb detector is undertaking a major upgrade in 2019/2020 to be able to run the experiment at an instantaneous luminosity of 2 × 10^33cm−2s−1 . In particular, the electronics of the calorimeters has to be upgraded with new Front-End boards (FEB) to cope with the 40 MHz readout. This thesis also presents the upgrade of the Low Level Trigger module of the FEB, which is in particular responsible for identifying the maximum transverse energy cluster of each event.