Facteurs de forme hadronique en Chromodynamique Quantique sur réseau pour la physique du B & renormalisation non perturbative

Hadronic form factor in lattice Quantum Chromodynamics for B physics & non perturbative renormalization

• Auteur / Autrice : Pierre-Henri Cahue
• Direction : Mariane Mangin-Brinet, Benoît Blossier, Savvas Zafeiropoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique théorique
• Date : Soutenance le 25/11/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Johann Collot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jerôme Charles
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Morénas, Emi Kou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Champs de jauge (physique)

Chromodynamique quantique

Mots clés libres

Physique Théorique

Renormalisation

Physique des particules

QCD sur réseau

Méson B

Theoretical physics

Renormalisation

Particle physics

Lattice QCD

B Meson

Résumé

Les travaux présentés dans ce document portent sur l'utilisation de la QCD sur réseau comme moyen de régularisation de la QCD, dans le but de calculer certaines observables de la matière hadronique appartenant au domaine de basse énergie de la QCD.La régularisation sur réseau consiste en une discrétisation de l'espace-temps qui permet le calcul d'un nombre fini de configurations de champs quantiques.Pour que certaines grandeurs atteignent leur valeur physique, cette régularisation doit s'accompagner d'une renormalisation.Nous décrivons et discutons dans un premier temps les avantages et difficultés d'implémentation du schéma RI-SMOM — dans des simulations d'ensembles dits Nf=2+1+1, à la masse physique et avec l'action de fermions twistés — pour le calcul des constantes de renormalisation sur réseau.La plus grande partie de mon travail de thèse est cependant en lien avec la physique des désintégrations Bs → Ds(*) l ν.Mon travail repose sur une simulation réalisée sur des ensembles Nf=2 avec des fermions de Wilson-clover, via la génération additionnelle de cinq quarks lourds (dont la masse est intermédiaire entre celle du c et du b).Notre approche, alternative à la simulation directe du quark bottom, qui reste une prouesse aujourd'hui, permet l'extrapolation des résultats à la masse du quark b.Nous détaillerons en particulier les procédures d'adoucissement des champs avec le smearing, ainsi que l'isolement des états à l'aide du GEVP.Notre chaîne d'analyse permet de prouver la validité des divers choix et techniques de simulations employés ici.Elle me permet finalement d'obtenir les éléments de matrice hadronique pour la transition étudiée et les facteurs de forme hadroniques G et F.Soulignons que ces facteurs sont cruciaux pour la recherche de physique BSM, via l'amélioration de la précision sur l'élément Vcb de la matrice CKM et la recherche sur les anomalies comme R(D).

This work relies on the use of lattice QCD as a mean for regularization, in order to compute some hadronic matter observables in the QCD low-energy scale limit.Lattice QCD regularization is a space-time discretization.It allows the computation of a finite number of quantum field configurations.However, for some quantities to reach their physical values, this regularization must be associated to a renormalization.We start by discussing the computation of the renormalization constants in ensembles Nf=2+1+1 at the physical mass (with the twisted action for the fermions) in the RI-SMOM scheme.We also stress the benefits and difficulties of such an implementation.Most of my thesis work is however linked to B physics through the disintegration Bs → Ds(*) l ν, and relies on a simulation made at Nf=2 with Wilson-clover fermions.In order to extrapolate our results at the b quark mass, five extra heavy quarks (whose masses are between the charm and bottom quark mass) are generated; this allows to get around the challenges of simulating directly the b quark.In the analysis of these simulations, I highlight two important procedures, namely the smearing of the fields to reduce the noise of the correlation functions, and the GEVP algorithm to isolate specific quantum states.Our analysis chain gives an opportunity to test and validate various choices and simulation technics employed in this thesis.It also allows to extract the hadronic matrix elements for the studied transition as well as the hadronic form factors G and F.We underline that the precision on these quantities has a strong impact on BSM physics, via the improvement of the Vcb element accuracy and the study of B anomalies such as R(D).