Soutenance de thèse de Jacopo CERASOLI

Le Modèle Standard de la physique des particules est actuellement la théorie la plus puissante qui décrit le comportement des particules élémentaires et leurs interactions. Malgré le pouvoir prédictif impressionnant de la théorie, certains faits expérimentaux bien établis, tels que l'asymétrie matière-antimatière ou la présence de matière noire et d'énergie noire, suggèrent l'existence d'une théorie plus complète des particules élémentaires. Dans ce contexte, les désintégrations rares de mésons B avec des leptons tau dans l'état final sont des puissantes sondes pour la Nouvelle Physique (NP), puisque leurs rapports de branchement sont supprimés dans le Modèle Standard, et donc ils sont sensibles à la contribution des particules hypothétiques de NP entrant dans les boucles quantiques, ce qui augmente la valeur du rapport de branchement par rapport à l'attente du modèle standard. Cette thèse décrit la recherche de la désintégration rare B0 -> K*0 tau + tau- effectuée sur 9 fb-1 de données collectées par l'expérience LHCb au CERN. La thèse décrit les principales caractéristiques du SM, le formalisme lagrangien utilisé pour décrire le comportement des particules élémentaires et leurs interactions, avec un accent particulier sur le secteur des arômes, ainsi que les mesures les plus récentes dans le secteur de la physique des arômes et les principaux outils éxpérimentales et théoriques pour rechercher la NP. La thèse décrit ensuite le complexe des accélérateurs du CERN, en se concentrant notamment sur l'expérience LHCb. Successivement, la recherche de la désintégration rare B0 -> K*0 tau+ tau- est présentée. En particulier, la thèse décrit la sélection d'événements, composée d'une étape basée sur les coupures suivie d'une sélection multivariée, la procédure d'ajustement, basée sur un ajustement à maximum de vraisemblance par compartiment à la sortie d'un classificateur multivarié, et l'extraction de la limite supérieure du rapport de branchement en cas d'absence de signal, ainsi que l'évaluation des efficacités de sélection et des incertitudes systématiques.

The Standard Model (SM) of particle physics is currently the most powerful theory which describes the behavior of elementary particles and their interactions. Despite the impressive predictive power of the theory, some well-estabilshed experimental facts, such as the matter - anti-matter asymmetry or the presence of dark matter and dark energy, suggest the existence of a more comprehensive theory of elementary particles. In this context, rare B decays with tau leptons in the final state are powerful probes for New Physics (NP), since their branching ratios are suppressed in the SM, and hence they are sensitive to the contribution of hypothetical NP particles entering the quantum loops, which cuold enhance the value of the branching ratio with respect to the SM expectation. This thesis describes the search for the rare B0 -> K*0 tau+ tau- decays performed on 9 fb-1 of data collected by the LHCb experiment at CERN. The thesis describes the main features of the SM, the lagrangian formalism used to describe the behavior of elementary particles and their interactions, with particular emphasis on the flavor sector, as well as the most updated measurements in the sector of flavor physics and the main experimental and theoretical tools to search for NP. The thesis then describes the complex of CERN accelerators, focusing especially on the LHCb experiment. Successively, the search for the rare B0 -> K*0 tau+ tau- decay is presented. In particular, the thesis describes the event selection, composed of a cut-based stage followed by a multivariate selection, the fit procedure, based on a binned maximum likelihood fit to the output of a multivariate classifier, and the extraction of the upper limit of the branching ratio in case no signal is observed, as well as the evaluation of selection efficiencies and systematic uncertainties.