Recherche de la désintégration rare B0 => K*0 tau + tau - avec l'expérience LHcb

Search for the rare B0 -> K*0 tau+ tau- decay with the LHCb experiment

• Auteur / Autrice : Jacopo Cerasoli
• Direction : Giampiero Mancinelli, Julien Cogan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des particules et astroparticules
• Date : Soutenance le 03/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de physique des particules de Marseille (CPPM)
• Jury : Président / Présidente : Cristinel Diaconu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudia Cecchi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marcella Bona, Patrick Robbe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hadrons -- Désintégration

Grand collisionneur de hadrons

Modèle standard (physique)

Particules (physique)

Physique des hautes énergies

Mots clés libres

Physique des hautes energies

Désintegration

Rare

Particules elementaires

Modele standard

Sm

High energy physics

Decay

Rare

B physics

Elementary particles

Standard model

Sm

Résumé

Le Modèle Standard de la physique des particules est actuellement la théorie la plus puissante qui décrit le comportement des particules élémentaires et leurs interactions. Malgré son pouvoir prédictif impressionnant, certains faits expérimentaux bien établis suggèrent l'existence d'une théorie au-delà du modèle standard. Dans ce contexte, les désintégrations rares de mésons B avec des leptons tau dans l'état final sont des puissantes sondes pour la Nouvelle Physique (NP), puisque leurs rapports de branchement sont supprimés dans le Modèle Standard, et donc ils sont sensibles à la contribution des particules hypothétiques de NP entrant dans les boucles quantiques, ce qui augmente la valeur du rapport de branchement par rapport à l'attente du modèle standard. Cette thèse décrit la recherche de la désintégration rare B0 -> K*0 tau + tau- effectuée sur 9 fb-1 de données collectées par l'expérience LHCb au CERN. La thèse décrit les principales caractéristiques du SM, avec un accent particulier sur le secteur de la saveur, ainsi que les résultats les plus récentes obtenus dans ce secteur. La thèse décrit ensuite le complexe des accélérateurs du CERN, en se concentrant notamment sur l'expérience LHCb. Successivement, la recherche de la désintégration rare B0 -> K*0 tau+ tau- est présentée. En particulier, la thèse décrit la sélection d'événements, composée d'une étape basée sur les coupures suivie d'une sélection multivariée, la procédure d'ajustement et l'extraction de la limite supérieure du rapport de branchement en cas d'absence de signal, ainsi que l'évaluation des efficacités de sélection et des incertitudes systématiques.

The Standard Model (SM) of particle physics is currently the most powerful theory which describes the behavior of elementary particles and their interactions. Despite its impressive predictive power, some well-estabilshed experimental facts suggest the existence of a more comprehensive theory of elementary particles. In this context, rare B decays with tau leptons in the final state are powerful probes for New Physics (NP), since their branching ratios are suppressed in the SM, and hence they are sensitive to the contribution of hypothetical NP particles entering the quantum loops, which cuold enhance the value of the branching ratio with respect to the SM expectation. This thesis describes the search for the rare B0 -> K*0 tau+ tau- decays performed on 9 fb-1 of data collected by the LHCb experiment at CERN. The thesis describes the main features of the SM, with particular emphasis on the flavor sector, as well as the most updated measurements in the sector of flavor physics and the main experimental and theoretical tools to search for NP. The thesis then describes the complex of CERN accelerators, focusing especially on the LHCb experiment. Successively, the search for the rare B0 -> K*0 tau+ tau- decay is presented. In particular, the thesis describes the event selection, composed of a cut-based stage followed by a multivariate selection, the fit procedure, based on a binned maximum likelihood fit to the output of a multivariate classifier, and the extraction of the upper limit of the branching ratio in case no signal is observed, as well as the evaluation of selection efficiencies and systematic uncertainties.