Soutenance de thèse de LI Ching Hua
Titre de thèse
Test de l'universalité leptonique dans les désintégrations semileptoniques de méson B à LHCb
Test of lepton flavor universality in semileptonic B meson decays at LHCb
Résumé de la thèse
Dans ce travail de thèse, l'universalité de saveur leptonique (LFU) est testée à travers la mesure du rapport de fractions de branchement
$R(D^*)_{tau/e} = mathcal{B}(B^0 rightarrow D^{*-} tau^+ nu_{tau})/mathcal{B}(B^0 rightarrow D^{*-} e^+ nu_{e})$,
incluant les désintégrations conjuguées de charge correspondantes. Les candidats $tau^+$ sont reconstruits dans leur mode de désintégration $tau^+rightarrow e^+ nu_e bar{nu}_tau$, tandis que les candidats $D^{-}$ sont reconstruits en combinant un méson $bar{D}^0$ avec un pion chargé de basse impulsion, avec $bar{D}^{0}rightarrow K^+ pi^-$. La mesure utilise un sous-échantillon des données du Run 3 de 2024, correspondant à une luminosité intégrée de $3.3~mathrm{fb}^{-1}$, collectées par l'expérience LHCb dans des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de $13.6~mathrm{TeV}$. Cette mesure est motivée par les anomalies de saveur observées dans les transitions semi-leptoniques $brightarrow c ell nu$, pour lesquelles les mesures du rapport $R(D^*)$ ont montré des tensions avec les prédictions du Modèle Standard. Il s'agit notamment du premier test de LFU réalisé par LHCb dans des désintégrations semi-leptoniques de hadrons de beauté impliquant des états finals avec électron et tau. Le résultat reste masqué, et l'incertitude statistique relative obtenue pour $R(D^*)_{tau/e}$ est de $7.4%$, comparable à celles des mesures existantes de $R(D^*)$ réalisées par LHCb, BaBar, Belle et Belle II.
De plus, il est prévu d'étendre cette analyse à l'ensemble complet des données du Run 3, correspondant à une luminosité intégrée attendue de $20.4~mathrm{fb}^{-1}$, pour lequel l'incertitude relative projetée sur $R(D^*)$ devrait passer sous les $3%$, avec le potentiel de devenir l'une des mesures les plus précises.
La seconde partie de cette thèse présente le développement d'outils permettant de comparer les performances de reconstruction des vertex secondaires dans les deux niveaux du système de déclenchement de haut niveau de LHCb, HLT1 et HLT2. L'étude utilise les désintégrations $J/psi rightarrow mu^+mu^-$ comme canal de référence. Les positions des vertex reconstruits sont trouvées non biaisées dans HLT1 comme dans HLT2. Comme attendu, une résolution légèrement dégradée est observée dans HLT1, reflétant l'utilisation d'un algorithme de reconstruction plus simple, optimisé pour un traitement en temps réel à haut débit.
Thesis resume
In this thesis work, the test of Lepton Flavour Universality (LFU) is presented through the measurement of the ratio of branching fractions $R(D^*)_{tau/e} = mathcal{B}(B^0 rightarrow D^{*-} tau^+ nu_{tau})/mathcal{B}(B^0 rightarrow D^{*-} e^+ nu_{e})$, including the corresponding charge-conjugate decays. The $tau^+$ candidates are reconstructed through the decay $tau^+rightarrow e^+ nu_e bar{nu}_tau$, while the $D^{*-}$ candidates are reconstructed by combining a $bar{D}^0$ meson with a soft charged pion, with $bar{D}^{0}rightarrow K^+ pi^-$. The measurement uses a subset of the 2024 Run 3 data, corresponding to an integrated luminosity of $3.3~mathrm{fb}^{-1}$, collected by the LHCb experiment in proton-proton collisions at a center-of-mass energy of $13.6~mathrm{TeV}$. This measurement is motivated by the flavour anomalies observed in semileptonic $brightarrow c ell nu$ transitions, where measurements of the ratio $R(D^*)$ have shown tensions with Standard Model predictions. Notably, this is the first LHCb LFU test in semileptonic beauty-hadron decays involving electron and tau final states. The result remains blinded, and the relative statistical uncertainty obtained for $R(D^*)_{tau/e}$ is $7.4%$, which is comparable to those of existing $R(D^*)$ measurements from LHCb, BaBar, Belle, and Belle II.
Additionally, this analysis is planned to be extended to the full Run 3 data set, corresponding to an expected integrated luminosity of $20.4~mathrm{fb}^{-1}$, for which the projected $R(D^*)$ relative uncertainty is expected to fall below $3%$, with the potential to become one of the most precise measurements.
The second part of this thesis presents the development of tools for comparing the secondary-vertex reconstruction performance in the LHCb High-Level Trigger stages, HLT1 and HLT2. The study uses $J/psi rightarrow mu^+mu^-$ decays as a benchmark channel. The reconstructed vertex positions are found to be unbiased in both HLT1 and HLT2. As expected, a slightly worse resolution is observed in HLT1, reflecting the use of a simpler reconstruction algorithm optimized for high-throughput real-time processing.
Together, these studies contribute both to precision flavour-physics measurements probing physics beyond the Standard Model and to the development of reconstruction and monitoring tools essential for the successful operation of the upgraded LHCb experiment during Run 3.