Soutenance de thèse de VELASQUEZ Eduardo
Titre de thèse
Règles de somme sur le cône de lumière et factorisation QCD pour les désintégrations des mésons B
Light-Cone Sum Rules and QCD Factorization for B-Meson Decays
Résumé de la thèse
Cette thèse est consacrée à la description théorique de désintégrations exclusives semi-leptoniques et radiatives leptoniques des mésons $B$, avec un intérêt particulier pour les dynamiques non perturbatives de QCD intervenant dans les processus $Btopiellnu$ et $Btogamma^{(*)}ellnu$. Ces désintégrations jouent un rôle important en physique des saveurs, car elles permettent d'accéder à l'élément de matrice CKM $|V_{ub}|$ et constituent des tests sensibles de la description des transitions lourd-vers-léger dans le Modèle Standard.
La première partie de la thèse présente le cadre théorique nécessaire à l'étude des désintégrations exclusives des mésons $B$. Après une introduction aux courants chargés changeant la saveur dans le Modèle Standard et au rôle phénoménologique de $|V_{ub}|$, la discussion porte sur la séparation entre les dynamiques de courte et de longue distance en QCD. Les outils utilisés incluent les théories effectives de champs, telles que HQET et SCET, la factorisation sur le cône de lumière, les amplitudes de distribution hadroniques et les règles de somme de QCD. Une attention particulière est accordée aux règles de somme sur le cône de lumière, qui permettent de calculer les facteurs de forme lourd-vers-léger dans la région cinématique où le hadron final possède une grande énergie.
La deuxième partie étudie les facteurs de forme associés à la désintégration $Btopiellnu$. Dans ce processus, l'élément de matrice non perturbatif entre le méson $B$ et le pion est paramétré par des facteurs de forme dépendant du transfert d'impulsion $q^2$. La thèse analyse la description de ces facteurs de forme par les règles de somme sur le cône de lumière, en particulier la structure perturbative des fonctions de corrélation et des densités spectrales correspondantes. Un résultat central est l'étude des contributions twist-deux à deux boucles à la densité spectrale pour $q^2$ fini, ce qui est pertinent pour améliorer la précision des prédictions issues des règles de somme.
La dernière partie est consacrée aux désintégrations radiatives leptoniques $Btogamma^{(*)}ellnu$. Ces processus sont liés à la désintégration purement leptonique $Btoellnu$, mais l'émission d'un photon supprime la suppression d'hélicité et introduit de nouveaux facteurs de forme hadroniques. La thèse analyse ces facteurs de forme dans le cadre de la factorisation QCD et des méthodes sur le cône de lumière, avec un accent particulier sur les contributions douces. Dans le cas d'un photon virtuel, $Btogamma^*ellnu$, les facteurs de forme dépendent de variables cinématiques supplémentaires et reçoivent des contributions renforcées par des résonances vectorielles légères, comme le méson $rho$. La thèse développe une approche dispersive de ces effets, clarifiant le rôle des contributions hadroniques douces et leur impact sur la phénoménologie des désintégrations radiatives des mésons $B$.
Dans son ensemble, ce travail contribue à une meilleure compréhension théorique des désintégrations exclusives lourd-vers-léger des mésons $B$, en améliorant le traitement des corrections perturbatives et des effets non perturbatifs doux dans les règles de somme sur le cône de lumière et les approches dispersives.
Thesis resume
This thesis is devoted to the theoretical description of exclusive semileptonic and radiative leptonic $B$-meson decays, with particular emphasis on the nonperturbative QCD dynamics entering the processes $Btopiellnu$ and $Btogamma^{(*)}ellnu$. These decays are important channels for flavour physics because they provide access to the CKM matrix element $|V_{ub}|$ and constitute sensitive probes of the Standard Model description of heavy-to-light transitions.
The first part of the thesis introduces the theoretical framework needed to describe exclusive $B$ decays. After reviewing the role of flavour-changing charged currents in the Standard Model and the phenomenological importance of $|V_{ub}|$, the discussion focuses on the separation of short- and long-distance dynamics in QCD. The relevant tools include effective field theories such as HQET and SCET, light-cone factorization, hadronic distribution amplitudes, and QCD sum rules. Special attention is given to light-cone sum rules, which provide a method to calculate heavy-to-light form factors in the kinematic region where the final-state hadron carries large energy.
The second part studies the form factors governing the decay $Btopiellnu$. In this process, the nonperturbative transition matrix element between the $B$ meson and the pion is encoded in form factors depending on the momentum transfer $q^2$. The thesis investigates the light-cone sum-rule description of these form factors and, in particular, the perturbative structure of the corresponding correlation functions and spectral densities. A central result is the analysis of two-loop twist-two contributions to the spectral density at finite $q^2$, which is relevant for improving the precision of light-cone sum-rule predictions.
The final part is devoted to radiative leptonic decays $Btogamma^{(*)}ellnu$. These processes are closely related to the purely leptonic decay $Btoellnu$, but the emission of a photon removes the helicity suppression and introduces new hadronic form factors. The thesis analyses the contributions to these form factors in the framework of QCD factorization and light-cone methods, with special emphasis on soft contributions. In the case of an off-shell photon, $Btogamma^*ellnu$, the form factors depend on additional kinematic variables and receive contributions enhanced by light-vector resonances such as the $rho$ meson. The thesis develops a dispersive treatment of these effects, clarifying the role of soft hadronic contributions and their impact on the phenomenology of radiative $B$ decays.
Overall, this work contributes to the theoretical understanding of exclusive heavy-to-light $B$ decays by improving the treatment of perturbative corrections and soft nonperturbative effects in light-cone sum rules and dispersive approaches.