Gaya Benane, Lepton Flavor Universality test using B→D∗τν decays at LHCb

mardi 29 oct. 2024, 14:00 → 17:00 Europe/Paris

Amphithéâtre (CPPM)

Gaya Benane (Aix Marseille Univ, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France)

La soutenance de thèse de Gaya Benane, intitulée "Test de l'universalité des saveurs de leptons via les désintégrations $B\to D^{\ast }\tau \nu$ à LHCb" se tiendra le mardi 29 octobre à 14h dans l'amphitéâtre du CPPM.

Le jury sera composé de :

Emi KOU - Rapporteure

Jean-François MARCHAND - Rapporteur 

Patrick ROBBE - Examinateur

Cristinel DIACONU - Président du jury

Olivier LEROY - Directeur de thèse

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Abstract:

The Standard Model of Particle Physics predicts that the three charged leptons $e$, $\mu$, and $\tau$, should have identical electroweak couplings.
The only distinction between them arises from their masses, due to their interactions with the Higgs field. However, experiments such as BaBar, Belle, Belle II and LHCb, have observed deviations from these predictions, particularly in the $b\to c\ell \nu$ transitions, known as charged-current flavor anomalies.
This thesis investigates the $B\to D^{\ast }\tau \nu$ decays, with the $\tau$ lepton being reconstructed from its hadronic decays ${\tau }^{+}\to 3{\pi }^{\pm }\nu ({\pi }^0)$. The study aims to measure $\mathbf{R}(D^{\ast })$, which is a ratio of the former's decay branching fraction to the $B\to D^{\ast }\mu \nu$ branching fraction. This observable is used for Lepton Flavor Universality test in $b\to c\ell \nu$ transitions. By utilizing techniques such as ReDecay for fast simulation, and Multivariate Analyses for signal selection, this analysis builds upon and improves the methods used in previous LHCb measurements: the first analysis was performed on data collected during the \runone (2011--2012), the second one on initial stages of data collection during \runtwo (2015--2016).
This thesis present for the first time a measurement using the full \runtwo dataset (2015--2018). The precision of the $\mathbf{R}(D^{\ast })$  measurement is refined, currently achieving approximately 3.8% statistical uncertainty. Although the final value is currently blinded, pending the estimation of systematical uncertainties and an internal LHCb collaboration review, this thesis presents a comprehensive documentation of the analysis.

 

Résumé:

Selon le Modèle Standard de la Physique des Particules, les leptons chargés $e$, $\mu$ et $\tau$ devraient présenter des couplages électrofaibles identiques, se distinguant uniquement par leurs masses en raison de leurs differents couplages au champ de Higgs. Toutefois, des écarts par rapport à ces prédictions ont été observés dans les transitions  lors d'expériences menées par BaBar, Belle, BelleII, et LHCb. Ce phénomène est connu sous le nom d'anomalies de changement de saveur dans les courants chargés.L'objectif principal de cette étude est de mesurer le rapport $\mathbf{R}(D^{\ast })$, défini comme le ratio des taux de désintégration $B\to D^{\ast }\tau \nu$  et $B\to D^{\ast }\mu \nu$. Cette observable est utilisée comme test de l'Universalité de la Saveur Leptonique dans les transitions $b\to c\ell \nu$.

Cette thèse se focalise sur les désintégrations $B\to D^{\ast }\tau \nu$, où le lepton $\tau$ est reconstruit à partir de ses désintégrations hadroniques  ${\tau }^{+}\to 3{\pi }^{\pm }\nu ({\pi }^0)$. En utilisant des techniques telles que ReDecay pour la simulation rapide et des Analyses Multivariées pour la sélection du signal, cette analyse s'appuie sur et améliore les méthodes utilisées dans les mesures précédentes de LHCb: la première analyse a été réalisée sur les données collectées pendant le \runone (2011--2012), et la seconde sur une partie des données collectées pendant le \runtwo (2015--2016). 
Cette thèse présente pour la première fois une mesure utilisant l'ensemble des données du \runtwo (2015--2018). La précision de la mesure de $\mathbf{R}(D^{\ast })$ est affinée, atteignant actuellement une incertitude statistique d'environ 3.8%. Bien que la valeur finale soit actuellement masquée, en attendant une estimation des incertitudes systématiques et une revue interne dans la collaboration LHCb, cette thèse présente une documentation complète de l'analyse.

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Zoom meeting

https://cern.zoom.us/j/3886647353?pwd=YkFyRFNXQnJ4ZFdJYTFrM3VhTW5Wdz09&omn=67787572420

Meeting ID: 388 664 7353
Passcode: 509852

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Thesis can be found here: https://cernbox.cern.ch/s/CqLtTzLIp41th74 

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Slides can be downloaded from here:

https://cernbox.cern.ch/s/p6A6VtQzS345zVV

 

defense_gaya.pdf