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Recherche de la violation de la conservation de la saveur des leptons chargés avec l’expérience LHCb au CERN / Search for charged lepton flavour violation with the LHCb experiment at CERN
par Tristan Beau - 6 novembre 2023
Titre : Recherche de la violation de la conservation de la saveur des leptons chargés avec l’expérience LHCb au CERN / Search for charged lepton flavour violation with the LHCb experiment at CERN
Directrice/directeur de thèse : Pascal VINCENT
Co-encadrant.e : Francesco POLCI
Groupe d’accueil :LHCb
Webpage du projet : https://lhcb.web.cern.ch/
Collaboration : LHCb
Description :
L’observation des oscillations de neutrinos implique que la saveur des leptons neutres n’est pas une quantité conservée. En revanche, des processus avec violation de la conservation de la saveur des leptons chargés, telles que B → K^((*) ) τ^+ e^- et B → K^((*) ) τ^+ μ^-, n’ont jamais été observés jusqu’à présent. En fait, dans le modèle standard, ils devraient être extrêmement supprimés et au-delà de la sensibilité des détecteurs actuels (avec un taux d’événements attendus de l’ordre de ϑ(10^-50). Cependant, une « nouvelle physique » pourrait augmenter leur taux à un niveau tel que ces désintégrations seraient observables par les expériences : ces processus, rares dans le modèle standard, comptent parmi les sondes les plus puissantes pour la recherche de cette nouvelle physique !
L’expérience LHCb a permis de recueillir une quantité sans précédent de mésons B produits lors de collisions proton-proton au LHC, le grand collisionneur de hadrons du CERN, ce qui permet pour la première fois de rechercher ces désintégrations. Le groupe LHCb au LPNHE a fortement contribué aux tests de l’universalité de couplage de leptons et aux premières recherches de désintégrations qui violent la conservation de la saveur leptonique.
LHCb prend des données depuis 2022, avec un détecteur entièrement renouvelé dans son système de trajectographie et avec un système innovant de déclenchement complètement logiciel. La doctorante ou le doctorant aura l’occasion d’analyser les données qui seront collectées par LHCb à partir de 2024, ce qui augmentera de façon importante la sensibilité de l’expérience aux désintégrations violant la conservation de la saveur leptonique. Il ou elle approfondira sa connaissance sur le fonctionnement des détecteurs de physique des particules, grâce à l’occasion rare de participer activement aux prises des données dans une expérience majeure du LHC, entre autres via des études des performances du nouveau détecteur. De plus, il ou elle apprendra des techniques d’analyse sophistiquées, et contribuera à éclaircir l’une des énigmes les plus fascinantes de la physique des particules aujourd’hui.
Observer ces désintégrations serait un signe remarquable de l’existence d’une nouvelle physique, avec de nombreuses implications possibles : sur le mécanisme « seesaw » des neutrinos et sur les modèles avec neutrinos lourds, candidats naturels à la matière noire ; sur les grandes théories unifiées impliquant les lepto-quarks ; sur la compréhension de l’asymétrie matière-antimatière de l’Univers.
Le travail de pré-thèse :
- Synthétiser les connaissances sur les différentes observables et prédictions théoriques dans ce domaine.
- Caractériser le signal recherché à l’aide d’outils de simulations rapides disponibles au laboratoire.
- Identifier les différentes contaminations provenant de signaux physiques ou combinatoires.
- Rechercher des variables pertinentes pour optimiser la significativité du signal recherché.
Référence bibliographique : “Search for the lepton-flavour violating decays B → K^((*) ) τ^+ μ^-“, JHEP 06 (2023) 143, arXiv:2209.09846
Lieu(x) de travail : LPNHE – 4, Place Jussieu, 75013 Paris.
Déplacements éventuels : Pays membres de la collaboration LHCb, CERN (site de l’expérience) et lieux de conférences.
Stage proposé avant la thèse : Oui
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