Camille Normand – Soutenance de thèse – 13 oct. 2023

Les recherches actuelles de signaux de physique au-delà du Modèle Standard de la physique des particules (SM) ont réuni cosmologistes, astrophysiciens et physiciens des particules, combinant efforts expérimentaux et théoriques, à la suite de la découverte du boson de Higgs du SM par les collaborations ATLAS et CMS au LHC, marquant l’achèvement du SM. De nouveaux espoirs de signaux au-delà du SM sont récemment venus des “anomalies du b”, une collection de résultats expérimentaux qui s’écartent des prédictions du SM. Ces anomalies concernent des observables liées à un courant neutre modifiant la saveur d’un quark b en un quark s, et un courant chargé pour un quark b en un quark c. Les écarts ont été observés pour la première fois en 2013 dans les mesures du canal de désintégration B → K∗μμ, en particulier dans l’observable P′5 qui décrit les propriétés angulaires de l’amplitude de désintégration. Quelques années plus tard, l’expérience LHCb a réalisé une mesure surprenante, les rapports RK et RK∗, tests de l’universalité de la saveur leptonique (LFU), montrant une déviation significative par rapport à l’universalité de saveur attendue, pouvant indiquer une découverte majeure. Cependant, une mise à jour de cette mesure en décembre 2022 a modifié la situation et est maintenant en accord avec les prédictions du SM. De même, de recentes mesures du rapport d’enbranchement de la désintégration d’un méson Bs en deux muons par LHCb et CMS ont également montré une compatibilité avec le SM, dans un autre canal considéré comme crucial pour sa sensibilité à la nouvelle physique (NP). 

Dans ce contexte, une réévaluation des anomalies du b est cruciale, en particulier parce que les prédictions du SM pour les données discordantes restantes ne sont pas aussi précises que celles des deux canaux mentionnés précédemment, en raison d’effets à longue distance. Cette réévaluation peut prendre deux principales approches. Une première méthode implique d’améliorer la précision des prédictions théoriques et des mesures expérimentales pour les observables connues, telles que le canal B → K*μμ. Une seconde approche alternative consiste à identifier de nouveaux canaux de désintégration sensibles aux mêmes signaux de NP, mais ne souffrant pas des mêmes effets à longue distance. Ce travail se concentre sur cette dernière approche en réalisant une étude complète, à la fois expérimentale et théorique, de la désintégration d’un méson Bs en deux muons et un photon dans une région spécifique de l’espace de phases. Ce processus de désintégration peut fournir des informations substantielles sur la nature des écarts observés. Une nouvelle approche du traitement des données de Chromodynamique Quantique (QCD) sur réseau est présentée, permettant d’évaluer la sensibilité à une potentielle NP du rapport d’embranchement, ainsi que d’une observable sensible à de nouvelle forme de violation de la symétrie CP, le temps de vie effectif de Bs → μμγ. Cependant, mesurer ce canal de désintégration dans la région cinématique d’intérêt pose un défi considérable en raison de la faible énergie du photon. 

La reconstruction de photons peu énergétiques est difficile, en particulier dans les collisionneurs hadroniques. Par conséquent, la méthode utilisée dans cette thèse repose sur une reconstruction partielle de l’état final, en utilisant uniquement les informations du système di-muonique, connu pour présenter un signal propre dans les collisionneurs hadroniques. La recherche de ce canal de désintégration est effectuée par une reconstruction partielle de l’état final, à l’expérience LHCb du Large Hadron Colliders (LHC).