Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : PHYSIQUE DES PARTICULES ET ASTROPARTICULES
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
tau,lepton,phi,violation de la saveur,fausses traces,Belle II
Keywords
tau,lepton,phi,flavour violation,fake tracks,Belle II
Titre de thèse
Recherche de désintégrations τ → ℓϕ violant la saveur leptonique et mesure du taux de fausses traces avec lexpérience Belle II
Search for τ → ℓϕ lepton flavour violating decays and fake tracks rate measurement at the Belle II experiment
Date
Mercredi 14 Décembre 2022 à 14:00
Adresse
Centre de Physique des Particules de Marseille
163, avenue de Luminy - Case 902
13288 Marseille cedex 09, France Amphithéâtre
Jury
Directeur de these |
Mme Justine SERRANO |
CPPM, Aix Marseille Université |
Rapporteur |
M. Eli BEN-HAIM |
LPNHE, Sorbonne Université |
Rapporteur |
Mme Emi KOU |
IJCLab |
Examinateur |
M. Guillaume PIGNOL |
LPSC, Université Grenoble Alpes |
Examinateur |
M. Cristinel DIACONU |
CPPM, Aix Marseille Université |
Résumé de la thèse
Nous présentons la recherche des désintégrations violant la saveur leptonique τ → ℓϕ, où ℓ est un électron ou un muon, dans lexpérience Belle II. Les données utilisées correspondent à une luminosité intégrée de Ldt = 189.88 fb−1, collectées entre 2019 et 2021 à lénergie de résonance √s = 10.58 GeV du méson Υ(4S). Nous recherchons un signal venant dévénements e+e− → τ+τ−, via la reconstruction dun tau en un lepton chargé et un méson ϕ se désintégrant en K+K−, sans contrainte sur le second tau afin daméliorer lefficacité de sélection du signal. À partir de simulations Monte-Carlo, nous établissons des sélections par coupures et arbres de décision optimisés contre le bruit de fond, avec en entrée des variables cinématiques, topologiques ou relatives à lévénement. Ces sélections sont affinées pour minimiser les limites attendues sur les rapports dembranchement.
Une partie des données étant encore dissimulée, nous faisons une estimation des limites supérieures attendues sur les rapports dembranchement de τ → eϕ et τ → µϕ de lordre de 10−7 . À luminosités égales, notre limite sur le canal muonique est comparable à celle attendue dans la précédente analyse de lexpérience Belle (+4 %) et légèrement meilleure que celle de lexpérience BaBar (−13 %).
De plus, nous effectuons une mesure du taux de fausses traces dans les événements e+e− → τ+τ−. Pour cela, nous développons une méthode originale appliquée à des désintégrations des taus en quatre traces, avec la présence éventuelle dune cinquième fausse trace. Ce taux est mesuré dans les données et la simulation, dans les deux cas autour de 1 %.
Thesis resume
We report the search of lepton flavour violating τ → ℓϕ decays at the Belle II experiment, based on an integrated luminosity Ldt = 189.88 fb−1 of data collected from 2019 to 2021, at the Υ(4S) meson resonance energy √s = 10.58 GeV. We look for signal signatures that could result from e+e− → τ+τ− events, by reconstructing one tau going into a charged lepton and a meson ϕ → K+K−, while the oppositely charged tau is left unconstrained to maximise the signal selection efficiency. Using Monte Carlo simulation, we define a background suppression strategy that combines cut-based selections and boosted decision trees, taking as inputs kinematic, topological and other event related variables. These selections
are tuned in order to minimise as much as possible the expected upper limits on the branching fractions.
Although the full data is not yet unblinded, we perform an estimation of the expected upper limits on τ → eϕ and τ → µϕ branching fractions of the order of 10−7. At equivalent luminosities, our result on the muon decay mode is comparable to the expected limit of the previous Belle experiments analysis (+4%) and slightly better than the one from the BaBar experiment (−13%).
In addition, we conduct a measurement of the rate of fake tracks in e+e− → τ+τ− events. To this end, we devise an original method applied on τ-pairs decaying into four tracks, with the possible presence of an additional fake one. This rate, measured in data and simulation, is found to be around 1% in both cases.