Recherche de désintégrations tau -> l+phi violant la saveur leptonique et mesure du taux de fausses traces dans les événements e+ e- -> tau+ tau- avec l’expérience Belle II

Search for tau -> l+phi lepton flavour violating decays and fake tracks rate measurement with e+ e- -> tau+ tau- events at the Belle II experiment

• Auteur / Autrice : Léonard Polat
• Direction : Justine Serrano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des Particules et Astroparticules
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Marlon Barbero
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Pignol
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eli Ben-Haim, Emi Kou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Mésons

Transfert d'énergie entre molécules fluorescentes

Électrons

Muons

Leptons (physique nucléaire) -- Interactions

Mots clés libres

Tau

Lepton

Phi

Violation de la saveur

Fausses traces

Belle II

Tau

Lepton

Phi

Flavour violation

Fake tracks

Belle II

Résumé

Nous présentons la recherche des désintégrations violant la saveur leptonique τ → lφ, où l est un électron ou un muon, dans l’expérience Belle II. Les données utilisées correspondent à une luminosité intégrée de ∫Ldt = 189.88 fb^(−1), collectées entre 2019 et 2021 à l’énergie de résonance √s = 10.58 GeV du méson Υ(4S). Nous recherchons un signal venant d’événements e+ e− → τ+ τ−, via la reconstruction d’un tau en un lepton chargé et un méson φ se désintégrant en K+ K−, sans contrainte sur le second tau afin d’améliorer l’efficacité de sélection du signal. À partir de simulations Monte-Carlo, nous établissons des sélections par coupures et arbres de décision optimisés contre le bruit de fond, avec en entrée des variables cinématiques, topologiques ou relatives à l’événement. Ces sélections sont affinées pour minimiser les limites attendues sur les rapports d’embranchement.Une partie des données étant encore dissimulée, nous faisons une estimation des limites supérieures attendues sur les rapports d’embranchement de τ → eφ et τ → μφ de l’ordre de 10^(-7). À luminosités égales, notre limite sur le canal muonique est comparable à celle attendue dans la précédente analyse de l’expérience Belle et légèrement meilleure que celle de l’expérience BaBar (-17 %).De plus, nous effectuons une mesure du taux de fausses traces dans les événements e+ e− → τ+ τ−. Pour cela, nous développons une méthode originale appliquée à des désintégrations des taus en quatre traces, avec la présence éventuelle d’une cinquième fausse trace. Ce taux est mesuré dans les données et la simulation, dans les deux cas autour de 1 %.

We report the search of lepton flavour violating τ → lφ decays at the Belle II experiment, based on an integrated luminosity ∫Ldt = 189.88 fb^(−1) of data collected from 2019 to 2021, at the Υ(4S) meson resonance energy √s = 10.58 GeV. We look for signal signatures that could result from e+ e− → τ+ τ− events, by reconstructing one tau going into a charged lepton and a meson φ → K+ K−, while the oppositely charged tau is left unconstrained to maximise the signal selection efficiency. Using Monte Carlo simulation, we define a background suppression strategy that combines cut-based selections and boosted decision trees, taking as inputs kinematic, topological and other event related variables. These selections are tuned in order to minimise as much as possible the expected upper limits on the branching fractions.Although the full data is not yet unblinded, we perform an estimation of the expected upper limits on τ → eφ and τ → μφ branching fractions of the order of 10^(−7) . At equivalent luminosities, our result on the muon decay mode is comparable to the expected limit of the previous Belle experiment’s analysis and slightly better than the one from the BaBar experiment (−17%).In addition, we conduct a measurement of the rate of fake tracks in e+ e− → τ+ τ− events. To this end, we devise an original method applied on τ-pairs decaying into four tracks, with the possible presence of an additional fake one. This rate, measured in data and simulation, is found to be around 1% in both cases.