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Recherche de nouvelle physique dans des désintégrations de mésons beaux en trois corps sans particule charmée avec l’expérience LHCb
Equipe thématique « Asymétrie Matière Antimatière » ; expérience : LHCb
Directeur de thèse : Eli Ben-Haim
tél : 01 44 27 84 24
e-mail : benhaim lpnhe.in2p3.fr
Co-encadrant de thèse : Matthew Charles
tél : 01 44 27 38 89
e-mail : matthew.charles lpnhe.in2p3.fr
Titre : Recherche de nouvelle physique dans des désintégrations de mésons beaux en trois corps sans particule charmée avec l’expérience LHCb
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 CP directes, les phases dites « forte » et « faible » et les angles du triangle d’unitarité. Ces études fournissent de l’information à la fois sur la dynamique des interactions 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. Les usines à B, BABAR et Belle, ont obtenu un grand nombre de résultats pour les désintégrations du méson B0d (bd) en trois corps sans charme à la dernière décennie ; LHCb est désormais le seul acteur dans le domaine, et permet d’étudier également les désintégrations du méson B0s (bs).
Le groupe « Physique des saveurs lourdes » au LPNHE a développé une expertise dans la thématique des désintégrations du méson B en trois corps sans charme dans le cadre de l’expérience BABAR. Cette expertise, dont le candidat profitera, est déjà mise en œuvre dans l’expérience LHCb ; la collaboration, avec une participation active du groupe du LPNHE, a déjà obtenu des résultats sur les rapports d’embranchement des différents modes B0d,s → Ks h+ h’- (où h et h’ sont des pions ou des kaons), avec 1 fb-1 de données. Ces résultats ont permis de confirmer des mesures des usines à B pour les modes avec B0d, et consistent en une première mesure pour des modes avec B0s.
L’étape en cours de ce travail, dans laquelle s’insérera le candidat, est 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. Elle donnera, entre autre, une mesure de l’asymétrie CP de chacun de ces états, qui est un ingrédient pour la recherche de physique au-delà du modèle standard dans les modes en pingouins (b → qqs et b → ssd). La thèse proposée inclut une partie phénoménologique, en collaboration avec un group de théoriciens à l’Université de Montréal, qui consiste à développer une méthode pour extraire l’angle γ du triangle CKM à partir des canaux étudiés, en exploitant la symétrie SU(3). La méthode sera ensuite appliquée dans l’analyse.
L’expérience LHCb, au moment où ces lignes sont écrites, a déjà enregistré 3 fb-1 de données. Après le redémarrage du LHC en 2015, il est prévu d’atteindre une énergie de 13-14 TeV dans le centre de masse, et d’accumuler aux alentours de 8 fb-1 de données fin 2018. En plus de l’analyse, le doctorant aura une implication dans la prise de données de LHCb, de sorte à acquérir des connaissances techniques sur le fonctionnement d’un détecteur.
Afin de continuer la prise de données après 2018, tout en renforçant le potentiel de découverte de nouvelle physique, l’expérience LHCb prépare un « upgrade » du détecteur. Le groupe du LPNHE travaille sur l’une des composantes de ce détecteur : le « Scintillating Fiber Tracker ». L’étudiant participera également à cette activité, notamment à l’amélioration du temps de traitement de signaux en temps réel, et l’efficacité des algorithmes de reconstruction de traces.
Ce sujet de thèse propose la possibilité de s’intégrer dans une activité de recherche récente, avec des enjeux importants, dans le cadre d’une collaboration dynamique. A la fin de sa thèse le candidat connaîtra des outils complexes d’analyse de physique de particules, et il se sera familiarisé avec un « objet » particulièrement crucial de cette physique : le méson B. Non seulement crucial pour la physique du B par elle-même, mais aussi pour d’autres domaines de recherche aux frontières de la nouvelle physique.
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)
- Article publié sur le canal B0d,s → KS h+ h- (JHEP10(2013)143, http://arxiv.org/abs/1307.7648)
- Les analyses en amplitude et les canaux de désintégration du B en trois corps sans charme : http://www.slac.stanford.edu/ benhaim/divers/HDR.pdf(thèse d’HDR)
Contact :
- Eli Ben-Haim, 01 44 27 84 24 ou benhaim lpnhe.in2p3.fr
- Matthew Charles, 01 44 27 38 89 ou matthew.charles lpnhe.in2p3.fr
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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