Analyses en amplitudes des désintégrations de mésons beaux en trois corps sans particule charmée avec l'expérience LHCb : B(s)0 → KS K+ K
Auteur / Autrice : | Edoardo Mariani |
Direction : | Matthew Charles, Eli Benhaim |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Physique de l'Univers |
Date : | Inscription en doctorat le 01/11/2023 |
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-....) |
Mots clés
Résumé
L'un des buts de l'expérience LHCb au CERN est d'étudier la physique des hadrons beaux. Elle permet de traquer la physique au-delà du modèle standard, éventuellement la mettre en évidence et étudier ses propriétés. La thèse proposée portera sur une étude des désintégrations hadroniques des mésons beaux vers un état final sans particule charmée (B(s)0 → KS K+ K−), à la fois avec l'ensemble des données prises lors de la première phase de LHCb : 2011-2018 (Runs 1-2), et avec les nouvelles données au redémarrage du LHC (dites de Run 3). En 2022, presque tous les sous-détecteurs de LHCb ont été remplacés ou mis à niveau, ainsi que son système de déclenchement. L'expérience adopte une approche de reconstruction et d'analyse en temps réel (Real Time Analysis - RTA). Ceci permet à l'expérience d'opérer avec une luminosité cinq fois plus grande par rapport à celle de la phase précédente, tout en augmentant l'efficacité de déclenchement pour les désintégrations hadroniques. Ainsi, LHCb pourra analyser plus de collisions et enregistrer un lot de données plus important. L'ensemble des données du Run 3, d'un volume environ 10 fois plus important que l'échantillon existant des Runs 1-2, seront disponibles fin 2025, avant la fin de la thèse. Les désintégrations hadroniques du méson B permettent d'étudier un large spectre d'observables physiques, parmi lesquelles on compte les rapports de branchement, les asymétries directes de CP, les phases dites « forte » et « faible » et les angles du triangle d'unitarité. Ces études fournissent de l'information sur la dynamique des interactions à la fois forte et faible. Le rapport d'embranchement typique des modes en question est en dessous de 10−5 ; leur étude nécessite donc, en général, un grand échantillon de données et un usage de méthodes puissantes pour rejeter du bruit de fond. Le groupe LPNHE-LHCb a déjà effectué de telles analyses avec les données de LHCb et de BABAR. Une mesure des rapports de branchement des différents modes B0d,s → KS h+ h'− (où h et h' sont des pions ou des kaons), utilisant la totalité des données des Runs 1-2, est dans une phase de finalisation, et sera suivie d'analyses en amplitudes qui incluent l'espace de phases de la désintégration, dit le « plan de Dalitz », de sorte à étudier tous les modes résonnants intermédiaires. Cette méthode, bien qu'impliquant des difficultés techniques dans l'analyse, permet d'exploiter l'interférence entre les états résonnants intermédiaires pour lever les dégénérescences sur certaines phases. Elle donnera, entre autres, une mesure de l'asymétrie CP de chacun de ces états, qui est un ingrédient pour la recherche de la physique au-delà du modèle standard dans les modes dits « pingouins » (b → qqs et b → ssd). Une thèse déjà en cours traite une analyse en amplitude intégrée sur le temps de la désintégration B0d → KS K+ K−, avec les données des Runs 1-2 (plus celles à venir en 2023). En ajoutant les données du Run 3, le.a futur.e doctorant.e effectuera une analyse intégrée sur le temps de la désintégration plus rare B0s → KS K+ K−, et une analyse dépendante du temps de B0d → KS K+ K−. Le groupe du LPNHE est impliqué dans de l'activité de recherche et développement pour la jouvence (upgrade) dite de phase 2 de LHCb. Il s'agit de l'électronique de lecture du trajectographe en amont de l'aimant (le Upstream Tracker), et du système de déclenchement logiciel qui est une partie du projet RTA. Le.a doctorant.e pourrait s'intégrer dans l'une de ces activités. Ce sujet de thèse propose la possibilité de s'intégrer à une activité de recherche récente, avec des enjeux importants, dans le cadre d'une collaboration dynamique. A la fin de sa thèse le.a candidat.e connaîtra des outils complexes d'analyse de physique de particules, aura une connaissance approfondie des performances du nouveau détecteur LHCb, et sera familiarisé.e avec un « objet » particulièrement crucial de cette physique : le méson B.