Etude des désintégrations hadroniques de mesons beaux avec le spectromètre LHCb (au LHC) et investigation des prérequis de détecteur du Future Circular Collider (FCC-ee)

Study of hadronic B meson decays with the LHCb spectrometer (at LHC) and an investigation of detector requirements for the Future Circular Collider (FCC-ee )

• Auteur / Autrice : Tristan Miralles
• Direction : Stéphane Monteil, Eric Cogneras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Particules, Interactions, Univers
• Date : Soutenance le 18/10/2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de Clermont (2017-....)
• Jury : Président / Présidente : Ana M. Teixeira
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Latham
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Robbe, Fabrizio Palla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hadrons -- Désintégration

Mésons

Grand collisionneur de hadrons

Mots clés libres

Physique des particules

LHCb

Fcc

Physique électrofaible avec saveurs lourdes

Désintégration sans charme à trois corps

B2stautau

Particle Physics

LHCb

Fcc

Electroweak Physics with heavy flavours

Three body charmless decay

B2stautau

Résumé

La thèse se compose de deux études examinant la désintégration des mésons beaux neutres afin de tester le Modèle Standard.La première étude examine les désintégrations hadroniques sans charme à trois corps des mésons beaux neutres avec un KS dans l'état final, en utilisant les données du Run I et du Run II provenant du Large Hadron Collider (LHC) enregistrées par le spectromètre LHCb. Cette étude présente notamment la première mesure du rapport d'embranchement pour Bs -> KS K+ K- et met à jour les mesures de quatre modes de désintégration supplémentaires. La méthodologie, depuis la sélection de l'échantillon de données jusqu'à la détermination des rapports d'embranchements, est décrite en détail. En particulier, une méthode innovante est présentée, utilisant au mieux la statistique disponible pour déterminer l'efficacité de la sélection. De plus, le développement des corrections du trigger L0Hadron, essentielles pour cette analyse et d'autres analyses à LHCb, est détaillé. Des indices de violation CP dans Bs -> KS pi+ pi- sont suggérés à travers les résultats préliminaires de la première analyse de Dalitz intégrée dans le temps sans tagging de saveur de Bs -> KS pi+ pi- , s'appuyant sur les mesures de rapport d'embranchement.La deuxième étude explore le potentiel des futures expériences au Future Circular Collider FCC-ee pour découvrir la transition de quark b -> s tau+ tau- , qui reste à ce jour non observée. À l'échelle du méson, la désintégration Bd -> K*0 tau+ tau- , avec les transitions K*0 -> K+ pi- et tau -> pi pi pi nu , est analysée en utilisant une méthode pour reconstruire explicitement les deux neutrinos non détectés. Les prérequis du détecteur pour étudier cette désintégration sont évalués ; en particulier, la performance de résolution sur la position du vertex est simulée et comparée à IDEA, un concept de détecteur utilisé pour les simulations FCC-ee. Les événements de signal simulés et les événements de bruit de fond dominants sont analysés pour déterminer la précision de la mesure du rapport d'embranchement de Bd -> K*0 tau+ tau- en fonction de la performance de résolution sur la position du vertex, établissant ainsi les prérequis du détecteur de vertex.

The thesis consists of two studies examining the decay of neutral B mesons to test the Standard Model.The first study investigates charmless three-body hadronic decays of neutral B mesons with a KS in the final state, using the Run I and Run II datasets from the Large Hadron Collider (LHC) recorded by the LHCb spectrometer. This study prominently features the first measurement of the branching fraction for Bs -> KS K+K- and updates the measurements for four additional decay modes. The methodology, from data sample selection to branching fraction determination, is thoroughly described. In particular, an innovative method is presented that makes the best use of the available statistics to determine the selection efficiency. Furthermore, the development of L0Hadron trigger corrections, essential for this and other LHCb analyses, is detailed. Preliminary evidence of CP violation in Bs -> KS pi+ pi- is suggested through preliminary results of the first Bs -> KS pi+ pi- untagged Dalitz time-integrated analysis, building on previous branching fraction measurements.The second study explores the potential of future experiments at the Future Circular Collider FCC-ee to unravel the quark transition b -> s tau+ tau- , which remains unobserved to date. At the meson scale, the decay Bd -> K*0 tau+ tau- , with subsequent transitions K*0 -> K+ pi- and tau -> pi pi pi nu, is analysed using a method to explicitly reconstruct the two undetected neutrinos. The detector requirements to study this decay are evaluated; in particular, the vertexing resolution performance is emulated and compared to IDEA, a detector concept used for FCC-ee simulations. Simulated signal events and dominant background events are analysed to determine the precision of the Bd -> K*0 tau+ tau- branching fraction measurement as a function of vertexing resolution performance, and therefore establishing vertex detector requirements.