Search for $B^0\to K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp$ lepton flavour violating decays and tracking performance studies at the Belle and Belle II experiments

par Clotilde LEMETTAIS

vendredi 19 sept. 2025, 14:00 → 17:00 Europe/Paris

Amphithéâtre (CPPM)

Composition du jury:

Matthew CHARLES	LPNHE, Sorbonne Université, Paris	Rapporteur
Christoph SCHWANDA	HEPHY, Vienne, Autriche	Rapporteur
Viola SORDINI	IP2I, CNRS, Lyon	Examinatrice
Adrian BEVAN	Queen Mary University of London, UK	Examinateur
Cristinel DIACONU	CPPM, CNRS, Marseille	Président du jury
Justine SERRANO	CPPM, CNRS, Marseille	Directrice de thèse

 

Résumé :

Cette thèse présente la recherche de désintégrations $B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp$, ne conservant pas la saveur leptonique, où $\ell$ est soit un électron, soit un muon. L'analyse est réalisée à partir des données collectées par les expériences Belle II et Belle à la résonance $\Upsilon(4S)$, pour une luminosité intégrée de 365\invfb et 711\invfb, respectivement. L'étude repose sur une technique d'étiquetage hadronique exclusive des $B$, permettant la reconstruction complète du méson $B$ étiqueté. Le signal est ensuite recherché dans la distribution de masse de recul du $\tau$, correspondant au système reculant contre le $B$ étiqueté et le système $K^{*0} \ell$. Le processus de suppression du bruit de fond est effectué en deux étapes : d'abord avec une sélection basée sur des coupures visant à cibler des sources de bruit de fond spécifiques et localisées, puis en utilisant un arbre de décision boosté (Boosted Decision Tree) pour rejeter le bruit de fond restant. Les rapports d'embranchement $\mathcal{B}(B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp)$ sont extraits d'un ajustement de vraisemblance maximale à la distribution de masse de recul du $\tau$ simultanément dans les données de Belle et Belle II. Aucune preuve de désintégrations $B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp$ n'est observée, et des limites supérieures sur les rapports d'embranchement sont établies sur l'intervalle (2.9--6.4)$\times10^{-5}$ à 90\% de niveau de confiance en utilisant une méthode CL$_\text{s}$ asymptotique.

En complément, deux études sur les performances de reconstruction des traces à Belle II sont présentées. La première étude est consacrée à l'optimisation de l'algorithme "Deterministic Annealing Filter" (DAF) utilisé pour améliorer la précision et l'exactitude de la reconstruction des traces. La seconde étude se concentre sur le taux de fausses traces à Belle II. Son évolution par rapport aux mesures précédentes est quantifiée, et l'impact de l'exploitation des informations temporelles du détecteur de vertex à silicium (SVD) sur le taux de fausses traces est étudié.

 

Abstract: 

 

This thesis presents the search for $B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp$ lepton flavour violating decays, where $\ell$ is either an electron or a muon. The analysis is performed using 365\invfb and 711\invfb datasets collected at the $\Upsilon(4S)$ resonance by the Belle II and Belle experiments, respectively. The study relies on an exclusive hadronic $B$-tagging technique, allowing the full reconstruction of the tagged $B$ meson. The signal is then searched for in the $\tau$ recoil mass system, corresponding to the system recoiling against the fully reconstructed tagged $B$ and the $K^{*0} \ell$ system. The background rejection process is performed in two steps with first a cut-based selection aiming at targeting specific and localised background sources, and then using a Boosted Decision Tree to reject the remaining background. The branching fractions $\mathcal{B}(B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp)$ are extracted from a simultaneous maximum likelihood fit to the $\tau$ recoil mass distribution in Belle and Belle II data. No evidence for $B^0 \rightarrow K^{*0} \tau^\pm \ell^\mp$ decays is found, and upper limits on the branching fractions are set in the range of (2.9--6.4)$\times10^{-5}$ at 90\% confidence level using a CL$_\text{s}$ asymptotic method.

In addition, two studies on Belle II tracking performance are presented.

The first study is dedicated to the optimisation of the Deterministic Annealing Filter (DAF) algorithm used to improve the accuracy of track reconstruction. The second one focuses on the fake tracks rate at Belle II. Its evolution is measured with respect to the previous measurements, and the impact of exploiting the silicon vertex detector (SVD) timing information on the fake tracks rate is studied.

 

Zoom:

 

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