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Accueil du site > Thèses, Stages, Formation et Enseignement > Propositions de thèses 2021 > Recherche de nouvelle physique dans des désintégrations de mésons beaux en trois corps sans particule charmée avec l’expérience LHCb

Recherche de nouvelle physique dans des désintégrations de mésons beaux en trois corps sans particule charmée avec l’expérience LHCb

Titre : LHCb

Directeur de thèse : Eli Ben-Haim

Co-directeur de thèse : Matthew Charles

Equipe : Asymétrie Matière-Antimatière ; groupe LHCb

Description :

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 collaboration LHCb est en train d’effectuer une mise-à-niveau (« upgrade ») de son détecteur et de sa chaîne d’acquisition, en profitant de la période du long arrêt technique, en cours, du LHC. Le redémarrage de l’accélérateur est actuellement prévu en février 2022. La thèse proposée portera sur une étude des désintégrations hadroniques des mésons beaux vers un état final sans particule charmée (B0 → 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). Par ailleurs, le travail avec les données d’un détecteur fraîchement installé est une opportunité, et représente un sujet à part entière (voir plus bas). En 2022, presque tous les sous-détecteurs de LHCb seront remplacés ou mis à niveau, ainsi que son système de déclenchement. L’expérience adoptera une approche de reconstruction et d’analyse en temps réel (RTA). Ceci permettra 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.

Après la mise en service du détecteur mis à niveau, il sera tout d’abord nécessaire de valider sa performance. Le.a candidat.e choisi.e sera parmi les premiers physiciens à utiliser les données du Run 3, prises avec le nouveau détecteur LHCb. Ainsi, il (elle) préparera l’analyse avant même le démarrage du LHC, effectuera des mesures de contrôle permettant de comprendre, corriger et valider les données, et pourrait publier l’un des premiers articles de LHCb avec les données du Run 3, avec, par exemple, la mesure d’une section efficace. Cette phase de la thèse est censée représenter environ une année de travail intense. Dans le groupe LPNHE-LHCb nous avons plusieurs experts dont les compétences seront profitables au travail de la thèse proposée : notamment le responsable du projet RTA (RTA Project Leader) à l’heure actuelle, le coordinateur d’opérations techniques adjoint (Deputy Operations Coordinator) de LHCb, et l’ancien coordinateur de physique de l’expérience.

Les désintégrations hadroniques du méson B permettent d’étudier un large spectre d’observables physiques, parmi lesquelles on compte les rapports d’embranchement, 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 d’embranchement 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 en cours. Le.a candidat.e participera à la suite de ces études : une analyse en amplitude qui inclut l’espace de phases de la désintégration, dit le « plan de Dalitz », de sorte à étudier tous les modes résonnants intermédiaires. Ceci, 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. Cette étude 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).

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.

Stage : Un stage avant le début du doctorat est prévu.

Lieu : LPNHE, Paris

Déplacements éventuels : CERN

Contacts :

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