Une étude des désintégrations B0(s)→ J/ψη(′) avec l'expérience LHCb.

A study of B0(s)→ J/ψη(′) decays with the LHCb experiment

• Auteur / Autrice : Anthony Downes
• Direction : Edwige Tournefier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Subatomique et Astroparticules
• Date : Soutenance en 2022
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules
• Jury : Président / Présidente : Lucia Di ciaccio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Tisserand, Isabelle Ripp-baudot, Olivier Deschamps, Matthew Needham, Edwige Tournefier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Vincent Tisserand, Isabelle Ripp-baudot

Mots clés

Mots clés libres

Les désintégrations du méson B

Mélange de mésons

LHCb

Eta eta(958)

Ratio d'embranchement

B meson decays

Meson mixing

LHCb

Eta eta(958)

Branching ratio

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est l'étude des désintégrations de B0(s) → J/ψη(′) avec l'expérience LHCb au le Grand Collsionneur de Hadrons/Large Hadron Collider (LHC) du CERN. Ces désintégrations peuvent se produire soit via des transitions b →ccs pour les désintégrations de B0s ou les transitions b →ccd supprimées par Cabibbo pour les désintégrations B0. Ces mésons B neutres peuvent osciller entre les états de particule B et d'antiparticule B. Dans les désintégrations B0s → J/ψη(′), il serait possible d'observer une violation des symétries de charge-parité (CP). Cette violation provient l'interférence dans les désintégrations avec et sans oscillations B0s-B0s. Elle peut être mesurée dans les distributions temporelles de B0s → J/ψη(′) et de B0s → J/ψη(′) qui est liée à la différence de largeur de désintégration ∆Γs et à la phase φs. Une mesure future de φs dans ces canaux peut alors être utilisée pour tester le modèle standard. Cependant, il existe une contribution à cette mesure qui provient de topologies de désintégration appelées diagrammes de pingouin. Il est donc nécessaire d'avoir des contraintes sur les paramètres des pingouins. Ce qui est exploré dans cette thèse à travers les mesures suivantes des rapports d'embranchement des désintégrations B0(s) → J/ψη(′) et du mélange entre les mésons η et η′. Dans la mesure de ce mélange, il y a entre également une petite contribution de mélange provenant d'un méson possible formé de gluons de valence, appelé gluonium ou glueballs. Cela revient à mesure de deux angles de mélange qui peuvent être déterminés dans différentes fractions de rapports de branchement. L'un des angles est associé au mélange entre les états de quark des mésons η et η′ et un autre pour leur mélange avec l'état gluonium. La stratégie de cette thèse était de mesurer ces rapports de branchement et les angles de mélange en utilisant les états finaux J/ψ → μ+μ- et les états complémentaires η et η′ états finaux : η → π+π-γ, η → π+π-(π0 → γγ), η′→(ρ0 →π+π-)γ et η′→π+π-(η →γγ). Cette analyse physique a été réalisée à l'aide d'un ensemble de données correspondant à 8,76 fb-1 à des énergies de centre de masse de √s = 7, 8 et 13 TeV qui ont été collectées lors des périodes d'opération I et II du LHC. Les mesures des états finaux η et η′ étaient difficiles en raison de l'inclusion de photons. Il a donc été nécessaire d'effectuer une analyse également les performances de la simulation pour déterminer l'efficacité de la reconstruction des photons et de π0.

The primary focus of this thesis is the study of the decays of B0(s) → J/ψη(′) with the LHCb experiment at CERN's Large Hadron Collider (LHC). These decays can occur either via b →ccs transitions for the B0s decays or the Cabibbo suppressed b →ccd transitions for the B0 decays. These neutral B mesons can oscillate between particle B and antiparticle B states. In the B0s → J/ψη(′) decays it would be possible to observe violation of charge-parity (CP) symmetries. This violation arises from the interference in the decays with and without B0s -B0s oscillations. This can be measured in the time distributions of B0s → J/ψη(′) and B0s → J/ψη(′) which is related to the decay width difference ∆Γs and the phase φs. A future measurement of φs in these channels can then be used to test the Standard Model. Yet there is a contribution to this measurement that arises from decay topologies named penguin diagrams. It is therefore necessary to have constraints on the penguin parameters, which is explored in this thesis through the measurements of the branching ratios of the B0(s) → J/ψη(′) decays and the mixing between the η and η′ mesons. In the measurement of this mixing there also enters a small mixing contribution from a possible meson formed from valence gluons, named gluonium or glueballs. This amounts to a measurement of two mixing angles that can be determined in different fractions of branching ratios. One angle is associated with the mixing between the quark states of the η and η′ mesons and another for their mixing with the gluonium state. The strategy of this thesis was to measure these branching ratios and the mixing angles using J/ψ → μ+μ− final states and complementary η and η′ final states: η → π+π−γ, η → π+π−(π0 → γγ), η′→(ρ0 →π+π−)γ and η′→π+π−(η →γγ). This physics analysis was performed using a dataset corresponding to 8.76 fb−1 at centre of mass energies of √s = 7, 8 and 13 TeV which was collected in the first and second runs of the LHCb detector. The measurements of the η and η′ final states were challenging due to the inclusion of photons. It was therefore necessary to also perform an analysis of the simulation performance for the determination of the reconstruction efficiencies of photons and π0.