Développement du détecteur PLUME et désintégrations de charmonia en baryons Lambda(1520) anti-Lambda(1520) avec l'expérience LHCb

PLUME detector development and charmonia decays to Lambda(1520) anti-Lambda(1520) baryons with LHCb experiment

• Auteur / Autrice : Vsevolod Yeroshenko
• Direction : Sergey Barsuk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules
• Date : Soutenance le 25/09/2024
• 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 : Laboratoire : Laboratoire de physique des deux infinis Irène Joliot-Curie (2020-....)
• 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 : Anne Dabrowski, Paula Collins, Ronan McNulty, Alexander Kvinikhidze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Dabrowski, Paula Collins

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hadrons -- Désintégration

Faisceaux de protons

Čerenkov, Détecteurs de

Mots clés libres

Détecteur lumière Cherenkov

Mesure de luminosité

Surveillance du faisceau

Désintégration des charmonia

Cherenkov light detector

Luminosity measurement

Beam monitoring

Charmonia decays

Résumé

Le charmonium est un outil important pour l'étude de la chromodynamique quantique (QCD) en raison des échelles diverses impliquées dans sa production et sa désintégration. Depuis la découverte de l'état J/psi, il y a cinq décennies, le mécanisme de production et de désintégration du charmonium reste à comprendre. Les désintégrations baryoniques du charmonium permettent de sonder le spectre complet du charmonium en dessous du seuil de D anti-D, ce qui permet de comparer les propriétés des différents états en une seule étude. Les collisions hadroniques au LHC produisent tous les états de charmonium en production directe, en désintégrations des états supérieurs de charmonium et en désintégrations des hadrons b. L'expérience LHCb, avec son échantillon de données qui correspond haute luminosité intégrée, offre une occasion unique d'étudier les propriétés des charmonia grâce à la reconstruction précise des vertex, à l'identification robuste des particules et au système de déclenchement flexible. La luminosité est une caractéristique essentielle des collisionneurs ; elle est nécessaire pour la détermination absolue des taux d'événements physiques. La mesure de la luminosité dans des collisionneurs des hadrons est un défi et nécessite des outils spécifiques pour fournir un compteur de luminosité qui est nécessairement linéaire avec la luminosité. Le nouveau détecteur pour la mesure de la luminosité PLUME a été développé et est en service pour l'expérience LHCb dans le Run~3, qui a commencé à l'été 2022. Cette thèse présente le développement du détecteur PLUME, l'étalonnage de la luminosité absolue, une étude de sa linéarité, l'ajustement du gain PMT, et la mise en œuvre de la nouvelle technique de détermination du temps de collision pour l'alignement temporel de LHCb à l'aide de PLUME. En outre, cette thèse présente une étude des désintégrations de charmonia vers les paires de résonances baryoniques étranges Lambda(1520) anti-Lambda(1520) reconstruites via leurs désintégrations vers pK. Il comprend la première mesure de la fraction d'embranchement de la désintégration J/psi -> Lambda(1520) anti-Lambda(1520) et de sa distribution angulaire. Les limites supérieures de la fraction d'embranchement d'autres résonances charmonia en dessous du seuil de D anti-D de désintégration en paires Lambda(1520) anti-Lambda(1520) sont établies.

Charmonium is an important tool for studying Quantum chromodynamics (QCD) due to both the hard and soft scales involved in its production and decay. Since the discovery of the J/psi state five decades ago, the charmonium production and decay mechanism has yet to be understood. Baryonic decays of charmonia allow probing of the full charmonia spectrum below the D anti-D threshold, yielding a comparison between the properties of different states in a single study. Hadronic collisions at LHC produce all the charmonia states in direct production, decays of higher charmonia states, and decays of b-hadrons. The LHCb experiment, with its high integrated-luminosity data sample, provides a unique opportunity to study the charmonia properties due to its precise vertex reconstruction, robust particle identification, and flexible trigger system. Luminosity is an essential characteristic of colliders and is necessary for absolute determination of the physics event rates. Measurement of luminosity at hadron colliders is challenging and requires specific tools to provide a luminosity counter that is necessarily linear with the luminosity. The new detector for luminosity measurement PLUME was developed and is in operation for the LHCb experiment in Run 3, which started in summer 2022. This thesis presents the development of the PLUME detector, the absolute luminosity calibration, a study of its linearity, the PMT gain adjustment, and the implementation of the new collision time determination technique for the LHCb time alignment using PLUME. In addition, this thesis presents a study of charmonia decays to the pairs of Lambda(1520) anti-Lambda(1520) short-lived strange baryonic resonances reconstructed via their decays to pK. It includes the first measurement of the branching fraction of J/psi to Lambda(1520) anti-Lambda(1520) decay and its angular distribution. The upper limits for the branching fraction of other charmonia resonances below the D anti-D threshold decays to Lambda(1520) anti-Lambda(1520) pairs are set.