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Recherche de nouvelle physique dans les désintégrations B → K(*)ℓ+ℓ- avec l’expérience LHCb

Equipe thématique « Asymétrie Matière Antimatière » ; expérience : LHCb

Directeur de thèse : Francesco Polci

tél : 01 44 27 53 07

e-mail : polci lpnhe.in2p3.fr

Titre : Recherche de nouvelle physique dans les désintégrations B → K(*)ℓ+ℓ- avec l’expérience LHCb

Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, les désintégrations B → K(*)ℓ+ℓ- (où ℓ est un lepton) se produisent via des courants neutres qui changent la saveur , décrits notamment par un diagramme en boite et par un processus en boucle, dit « pingouin électrofaible ». La théorie prédit avec une bonne précision les propriétés de ces désintégrations, telles que le rapport de branchement et les distributions angulaires des particules finales. Cependant des modèles de « nouvelle physique », au-delà du modèle standard, prévoient la présence de nouvelles particules dans la boucle, qui entrainerait des modifications de ces propriétés.

L’expérience LHCb, dédiée à l’étude de la physique des saveurs auprès du collisionneur LHC au CERN, a déjà commencé à mesurer les propriétés des désintégrations B → K(*) mu+ mu- et le groupe du LPNHE participe à cet effort. L’analyse de 1fb-1 de données collectées par l’expérience montre un bon accord avec les prévisions du modèle standard pour la plupart des observables, à l’exception de l’observable angulaire P5’, qui présente une légère déviation par rapport au modèle. Plusieurs interprétations théoriques du résultat ont été proposées, dont certaines en terme de nouvelle physique. En conséquence, cette analyse est actuellement, et sera dans les années à venir, au cœur du programme de physique de LHCb. Si l’analyse en cours de la totalité des données disponibles de l’expérience (3fb-1) confirme la présence de cette déviation, c’est à travers les nouvelles données collectées à partir de 2015 que l’on pourra éclaircir davantage la nature de ce phénomène. Le candidat participera activement à l’effort collectif du groupe dans le cadre de cette analyse de pointe de l’expérience LHCb.

D’autres désintégrations B → K(*)ℓ’+ℓ- sont d’intérêt dans le cadre des modèles avec violation de la saveur leptonique. L’observation des oscillations de neutrinos témoigne de la présence de cette violation dans le domaine des leptons neutres, mais le phénomène n’a jamais été mis en évidence pour les leptons chargés. En synergie avec l’étude du canal B → K(*) mu+ mu-, le candidat mènera la recherche des désintégrations B → K(*) e+ mu-, qui lui donnera l’occasion d’être l’auteur principal pour la collaboration LHCb d’une analyse originale, avec la perspective d’imposer de nouvelles contraintes sur la violation de la saveur impliquant les leptons chargés.
L’expérience LHCb a prévu une évolution technique importante de son détecteur à partir de 2018. Le groupe du LPNHE travaille sur la mise au point du nouveau trajectographe à fibres scintillantes. Le candidat participera aux études concernant les algorithmes de reconstruction des traces pour ce détecteur, avec le but d’améliorer l’efficacité de reconstruction et la rapidité d’exécution, cruciale pour le système de déclenchement rapide de l’expérience.
Le sujet de thèse donne donc au candidat la possibilité de s’intégrer dans l’activité de recherche en physique des particules à deux niveaux : l’analyse des données pour deux canaux, avec à la clé une réelle possibilité de mettre en évidence de nouveaux phénomènes, et l’activité de mise au point et d’optimisation d’un nouveau sous-détecteur de LHCb. A la fin de sa thèse le candidat maitrisera donc les outils et techniques complexes d’analyse des données en physique des particules, et il sera familier avec le fonctionnement d’un détecteur majeur du CERN, ce qui lui permettra d’avoir une formation complète dans la discipline.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : missions régulières de courte durée au CERN à Genève

Documentation :

  • page web publique de l’expérience LHCb (http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/)
  • page web du LPNHE (http://www-lpnhep.in2p3.fr/spip.php?article4)
  • « Differential branching fraction and angular analysis of the decay B → K(*) mu+ mu- », JHEP 1308, 131 (2013).
  • « Measurement of Form-Factor-Independent Observables in the Decay B → K(*) mu+ mu- », Phys. Rev. Lett. 111, 191801 (2013)
  • « LHCb Tracker Upgrade Technical Design Report », CERN-LHCC-2014-001, LHCB-TDR-015 (2014)

Contact :

Ecole doctorale de rattachement :
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l’Environnement et Physique
de l’Univers

Lien sur les offres de thèse et candidature :
http://ed560.ipgp.fr/index.php/Offres_de_th%C3%A8se

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