Use of b - hh as control channels for the measurement of the branching ratio of bs -uu at lhcb

Resumo

Aquesta tesi es desenvolupa dins del context de l'experiment LHCb del CERN, Suïssa. Aquest experiment està especialment dissenyat per dur a terme estudis de violació de la simetria CP i de desintegracions rares en sistemes de mesons B, produïts per l'aparell LHC mitjançant col.lisions protó-protó a 14 TeV. Una mesura important dins del programa de l'experiment és l'observació del branching ratio de la desintegració rara del mesó B_s en dos muons. Es tracta d'una desintegració molt suprimida segons el Model Estàndar, amb una predicció del branching ratio de 3.35x10-9, que en certs models de Nova Física té un increment de fins a un ordre de magnitud en aquest valor, com per exemple en el marc de masses no universals del bosó de Higgs (NUHM). Experimentalment Tevatron només donava una cota superior d'aquest branching ratio abans de la posada en marxa de l'LHC, de 2.4x10-8, mentre que hi ha previsions de poder investigar l'interval definit entre aquesta cota i la predicció del Model Estàndar a l'experiment LHCb. Una mesura diferent a la predicció del Model Estàndar indicaria la presència de Nova Física, mentre que la confirmació d'aquesta predicció rebutjaria gran part de l'espai de paràmetres de varis models de Nova Física. Una part bàsica d'aquesta mesura és l'ús de desintegracions de referència per controlar la mesura (canals de control). La idea és fer servir desintegracions amb característiques similars a la que es vol estudiar (senyal) per comprovar les distribucions de les variables usades a l'anàlisi (calibració), en particular la massa invariant i una variable anomenada versemblança geomètrica, i per traduir el nombre d'esdeveniments observats en branching ratio (normalització). El tema d'aquesta tesi és l'ús de desintegracions de mesons B en dos hadrons carregats (pions i kaons) com a canals de control per a la mesura del branching ratio de la desintegració del mesó B_s en dos muons. Aquests canals es consideren adequats per tenir la mateixa geometria i la mateixa cinemàtica que el canal de senyal, que implica 1) la cancelació dels efectes de la selecció offline (que només involucra talls en variables cinemàtiques), i 2) la mateixa distribució de qualsevol variable de tipus geomètric i/o cinètic. D'altra banda presenten certs inconvenients deguts al fet de tenir hadrons a l'estat final, que porten a 1) tenir un fons elevat, 2) haver de considerar els efectes d'interacció dels hadrons amb el detector, i 3) un efecte de la selecció online (trigger) molt diferent que pel canal de senyal. Els estudis realitzats durant la tesi han tingut l'objectiu de confirmar els avantatges esmentats, i d'entendre i tractar de resoldre els inconvenients, fent servir simulacions. L'ús de la selecció offline inicial duu a un fons excessiu per als canals de control. No obstant s'ha trobat que és possible reduir aquest fons fins a limit acceptables fent servir talls que, tot i afectar l'espai de fases de l'estat final del senyal, no disminueix la sensitivitat de la mesura. S'ha determinat les fonts de fons per als canals de control, trobant que un 98% prové de la combinació aleatòria de dos hadrons. Les altres fonts de fons són les desintegracions de mesons B en tres hadrons i les desintegracions de barions-b, trobant que la primera condueix a efectes sistemàtics en la avaluació del fons que necessiten ser considerades. Tanmateix s'ha estudiat l'ús de la informació de la identificació de les partícules (PID) en la selecció, concloent que l'ús d'aquesta informació només és important en la calibració de la massa invariant. S'han desenvolupat diversos mètodes per corregir les diferències entre el senyal i els canals de controls. Els efectes de reconstrucció s'estimen fent servir desintegracions que només es diferencien del senyal i dels canals de control respectivament en una partícula addicional. Els efectes dels talls en PID en la calibració de la massa invariant s'eviten fent servir intervals de massa on la contaminació entre els diferents modes de desintegracions dels mesons B anant a dos hadrons pot se negligida. L'efecte del trigger en la normalització i en la calibració de la versemblança geomètrica es corregeix fent servir esdeveniments que passen el trigger per propietats independents de la senyal. Finalment s'explica la última mesura del branching ratio de la desintegració del mesó B_s en dos muons a LHCb, comentant el paper que ha tingut l'ús de les desintegracions dels mesons B en dos hadrons com a canals de control per calibrar i normalitzar aquesta mesura.