Recherche de désintégration rares à quatre corps de mesons charmés avec électrons dans l'état final et reconstruction de longues traces pour le système de déclenchement de LHCb

Search for rare four-body charm decays with electrons in the final state and long track reconstruction for the LHCb trigger

• Auteur / Autrice : Alessandro Scarabotto
• Direction : Vladimir Gligorov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Physique nucléaire et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Laforge
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lesya Shchutska, Anna Sfyrla
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanni Passaleva, Paraskevas Paris Andreas Sphicas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Grand collisionneur de hadrons

Hadrons -- Désintégration

Physique des hautes énergies

Mésons

Particules (physique nucléaire) -- Charme

Mots clés libres

Charmé

Lepton

Traces

Charm

Lepton

Tracking

Résumé

Les désintégrations rares à quatre corps de mésons charmés D0->pipiee et D0->KKee reçoivent des contributions par les transitions à courant neutre avec changement de saveur de type c->ull. Les mesures de ces désintégrations sont fondamentales pour la recherche de physique au-delà du modèle standard parce que des particules plus massives peuvent contribuer dans les electroweak loops quantiques. La recherche de désintégrations charmées D0->pipiee et D0->KKee est présentée sur ce manuscrit en utilisant des données de collisions proton-proton, qui correspondent à une luminosité intégrée de 6 fb^-1 obtenues avec une énergie au centre de masse de 13 TeV avec l'expérience LHCb. L'analyse est toutefois limitée par la statistique et peut bénéficier de l'upgrade du détecteur LHCb qui va prendre des données avec une luminosité instantanée cinq fois plus grande. Le système de déclenchement a été complètement changé en enlevant le premier niveau du système qui était développé sur hardware. Le nouveau système de déclenchement doit donc sélectionner les événements avec un système fully-software, directement sur le taux de collisions de 30 MHz du LHC. Ceci a été développé et optimisé sur des Graphic Processing Units (GPUs). Pour sélectionner les événements intéressant et réduire le taux en entrée, le système de déclenchement doit reconstruire les traces dites longues, qui traversent tout le détecteur LHCb et laissant du signal sur les trois trajectographes de LHCb: le vertex locator, le upstream tracker et le scintillating fiber tracker. Cependant, pendant la prise de données de 2022, le upstream tracker n'a pas été installé, ce qui veut dire que la stratégie de reconstruction des traces longues devait être modifié. Un nouveau algorithme de reconstruction présenté sur ce manuscrit permet la reconstruction des traces longues sans utiliser l'information de l'upstream tracker.

The rare four-body rare charm decays D0->pipiee and D0->KKee receive contributions from flavour-changing neutral current c->all transitions. Measurements of such decays are unique probes of beyond-the-standard-model effects as new heavy particles can contribute in electroweak quantum loops. The search for rare charm D0->pipiee and D0->KKee decays is presented using a sample of proton-proton collisions data, corresponding to an integrated luminosity of 6 fb^-1 and recorded with a center-of-mass energy of 13 TeV at the LHCb experiment. The presented analysis is statistically limited and will greatly benefit from the upgrade of the LHCb detector which will record data with a five times greater instantaneous luminosity. The trigger system was completely redesigned by removing the first-level hardware trigger stage and selecting events with a fully software-based trigger directly at the 30 MHz collision rate of the LHC. This demanding task is performed by the first high-level trigger optimised for Graphic Processing Units (GPUs). In order to select interesting events, the trigger must reconstruct the long tracks traversing the whole LHCb detector and leaving hits in the three tracking detectors: the vertex locator, the upstream tracker and the scintillating fiber tracker. However, during the 2022 data taking, the upstream tracker was not installed, leading to an immediate necessity of modification of the long track reconstruction strategy. A new algorithm presented in this thesis allows the reconstruction of long tracks without using the upstream tracker information.