Recherche de désintégration $\tau \to e\ell\ell$ violant la saveur leptonique et études de tracking dans l'expérience Belle II

par Arthur Thaller (Aix Marseille Univ, CNRS/IN2P3, CPPM)

lundi 28 oct. 2024, 14:15 → 16:00 Europe/Paris

Amphithéâtre (CPPM)

La soutenance de thèse d'Arthur Thaller, intitulée "Recherche de désintégration du lepton $\tau$ violant la saveur leptonique et études de tracking dans l'expérience Belle II", se déroulera le lundi 28 octobre à 14h dans l'amphithéâtre du CPPM.

Le jury est composé de :

• Marie-Hélène Schune, rapporteure
• Alessandro Gaz, rapporteur
• Sacha Davidson, examinatrice
• Cristinel Diaconu, président du jury
• Justine Serrano, directrice de thèse

 

Lien zoom : 

https://univ-amu-fr.zoom.us/j/81037608252?pwd=E3078Nas6Dkq1MTktauz5EbBfgbkAf.1

ID de réunion: 810 3760 8252
Code secret: 207869

  

Résumé : Cette thèse décrit la recherche des désintégrations violant la saveur leptonique (LFV) $\tau \to e\ell\ell' $ ($\ell^{(')} = e,\mu$) en utilisant les données du Run 1 de l'expérience Belle II, correspondant à une luminosité intégrée de $\mathcal{L} = 424 fb^{-1}$. L'analyse est basée sur une reconstruction non étiquetée des candidats signal dans les événements $e^+e^- \to \tau^+\tau^-$, où seul le $\tau$ d'intérêt est reconstruit tandis que l'autre n'est pas contraint. La suppression des événements de bruit de fond est réalisée sur les bandes latérales des données en raison de la contribution importante de processus de QED ($e^+e^- \to \ell^+\ell^-\ell^{+'}\ell^{-'}$) qui sont mal modélisés dans les simulations. L'analyse repose sur une combinaison de coupures et un arbre de décision boosté pour atteindre un scénario pratiquement exempt de tout bruit de fond, tout en maintenant une efficacité de reconstruction du signal entre 15 et 24\%. Le rapport d'embranchement est obtenu par un ajustement de vraisemblance maximale non biné à la distribution $M_{\tau}$ des candidats, et les limites supérieures sont calculées en utilisant la méthode $CL_S$. Les incertitudes systématiques affectant la mesure du rapport d'embranchement sont évaluées. Selon les limites attendues évaluées à partir des données dans les régions latérales, l'analyse améliore la sensibilité dans trois des canaux de désintégration par rapport aux résultats précédents de Belle obtenus avec 762 fb$^{-1}$ un canal est comparable aux résultats de Belle et un canal est moins sensible.

De plus, trois études sur le taux de fausses traces sont incluses. La première implémente une variable de temps d'impact des traces basée sur la mesure du détecteur de vertex en silicium (SVD), la deuxième utilise un classificateur pour rejeter les impacts de détecteur basés sur les informations de temps dans des conditions dégradées d'acquisition des données, et la troisième étudie le taux de fausses traces dans la mise à niveau proposée du détecteur de vertex (VTX).

Abstract: 

This thesis reports the search for the Lepton Flavour Violating (LFV) decays $\tau \to e\ell\ell$ ($\ell^{(')} = e,\mu$) using the Run 1 dataset of the Belle II experiment, corresponding to an integrated luminosity $\mathcal{L} = 424 $ fb${-1}$. The analysis is based on an untagged reconstruction of the signal candidates in $e^+e^- \to \tau^+\tau^-$ events, where only the signal $\tau$ is reconstructed while the other is left unconstrained. The background suppression is performed on data sidebands due to the important contribution of QED processes ($e^+e^- \to \ell^+\ell^-\ell^{+'}\ell^{-'}$) that are mis-modeled in the simulations. The analysis relies on a combination of selection criteria and a BDT classifier to achieve an almost background-free scenario, while maintaining a signal reconstruction efficiency in the range [15-24]\%. The branching fraction is extracted with an unbinned maximum likelihood fit to the $M_{\tau}$ distribution, and the upper limits are computed using the $CL_S$ method. The systematic uncertainties affecting the signal efficiency and the background modelling are evaluated. According to the expected limits evaluated using data sidebands, the analysis improves the sensitivity in three of the modes compared to the previous Belle's results obtained with 762 fb$^{-1}$, one mode is comparable to Belle's results and one mode is less sensitive.

In addition, three studies of the fake tracks rate are included. The first one implements a track time variable based on measurement from the silicon vertex detector (SVD), the second one uses a classifier to reject detector hits based on the time information in degraded data acquisition conditions and the third one studies the fake tracks rate in the proposed upgrade of the vertex detector (VTX).