Analyse angulaire des désintégrations Λb → Λ(1520) μ⁺ μ⁻ avec le détecteur LHCb

Angular analysis of Λb → Λ(1520) μ⁺ μ⁻ decays with the LHCb detector

• Auteur / Autrice : Felicia Volle
• Direction : Yasmine Amhis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 15/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....) - Centre européen pour la recherche nucléaire
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Achille Stocchi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gianluca Inguglia, Lesya Shchutska, Luca Silvestrini, Tim Gershon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gianluca Inguglia, Lesya Shchutska

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saveur des quarks

Interactions électrofaibles

Grand collisionneur de hadrons

Physique des hautes énergies

Physique au-delà du modèle standard

Mots clés libres

Physique du B

Physique de la saveur

Analyse angulaire

LHCb

Baryons

Désintégrations rares

Run 3

B physics

Flavour physics

Angular analysis

LHCb

Baryons

Rare Decays

Run 3

Résumé

Les transitions b → s l⁺ l⁻ forment un laboratoire très intéressant pour rechercher la Nouvelle Physique (NP) de manière indirecte. En effet, des contributions de NP pourraient entrainer des déviations importantes par rapport aux prédictions du Modèle Standard (MS). Des mesures existantes d'observables angulaires et de rapports d'embranchement dans les désintégrations de b → s μ⁺ μ⁻ montrent des écarts consistants par rapport au MS. Dans cette thèse, une analyse angulaire des désintégrations de Λb → Λ(1520) μ⁺ μ⁻ est effectuée pour la première fois en utilisant les ensembles de données du Run 1 et 2 enregistrés par l'expérience LHCb. Les observables angulaires AFB et S1cc sont mesurées dans cinq régions de la masse invariante au carré des dimuons q². Le modèle d'ajustement angulaire a été développé pour la première fois incluant la résonance Λ(1520), les contributions de résonances Λ∗ avec un spin-1/2 et les effets d'interférence non-négligeables entre les trois résonances Λ∗. Les mesures de AFB dans les modes de contrôle J/Ψ et Ψ(2S) sont compatibles avec zéro à moins d'un écart type, comme attendu. Les observables angulaires de la région non-résonante dans q² sont maintenues cachées dans cette thèse. Par ailleurs, les désintégrations B⁺ → K⁺ J/Ψ(→ e⁺ e⁻) et B⁺ → K⁺ Ψ(2S) (→ e⁺ e⁻) ont été étudiées avec les données du Run 3 collectées en 2022. Le but de cette étude est d'avoir un aperçu des données issues du détecteur ''upgradé'' et une évaluation de l'efficacité des électrons dans le Run 3. Les nombres de particules Ψ(2S) → e⁺ e⁻ issues des désintégrations secondaires et de B⁺ → K⁺ Ψ(2S) (→ e⁺ e⁻) ont été déterminés sur les données Run 3 et comparés au mode contenant un J/Ψ. De plus, les distributions des variables pertinentes dans la désintégration B⁺ → K⁺ J/Ψ(→ e⁺ e⁻) sont comparées entre des échantillons de simulation et les données soustraites du bruit de fond.

New Physics (NP) searches via b → s l⁺ l⁻ transitions are powerful methods since NP contributions could cause sizeable deviations from the Standard Model (SM) predictions. Previous measurements of angular observables and branching fractions in b → s μ⁺ μ⁻ decays show consistent deviations with respect to the SM. In this thesis, an angular analysis of Λb → Λ(1520) μ⁺ μ⁻ decays is performed for the first time using the full Run 1 and 2 datasets collected by the LHCb experiment. The angular observables AFB and S1cc are attempted to be measured in five bins of the dimuon invariant mass squared q². This is the first attempt to write a complete angular model, including the Λ(1520) resonance, the spin-1/2 Λ∗ resonance contributions and the non-negligible interference effects between the three Λ∗ resonances. The measurements of AFB in the J/Ψ and Ψ(2S) control modes are compatible with zero within one standard deviation, as expected. The angular observables in the non-resonant q² region are kept blind in the thesis. Furthermore, the B⁺ → K⁺ J/Ψ(→ e⁺ e⁻) and B⁺ → K⁺ Ψ(2S) (→ e⁺ e⁻) decays have been studied with Run 3 data recorded in 2022. The aim of this study is to have a first look at the data taken with the upgraded detector and to understand the electron efficiencies in Run 3. The yields of secondary Ψ(2S) → e⁺ e⁻ and B⁺ → K⁺ Ψ(2S) (→ e⁺ e⁻) have been determined for the first time with Run 3 data and compared to the J/Ψ yields. In addition, a comparison of relevant distribution in the simulation samples and the background-subtracted data has been performed using B⁺ → K⁺ J/Ψ(→ e⁺ e⁻) decays.