Soutenance de thèse de Joan ARNAU ROMEU

Les désintégrations rares qui sont interdites dans le modèle standard (SM) sondent les contributions potentielles de nouveaux processus et l'existence de nouvelles particules à une échelle hors de portée des recherches directes. La désintégration B (s) → τμ est supprimée dans le SM, où le nombre leptonique est conservé. Son observation serait donc une preuve non ambiguë de la physique au-delà du SM. Des résultats récents [1,2] ont ravivé l'intérêt pour la recherche de tels processus [3]. L'expérience LHCb, l'une des 4 grandes expériences menées au Large Hadron Collider (LHC) du CERN, est dédiée aux mesures de précision dans le secteur des saveurs lourdes. Au cours de la phase I (2011-2012) du LHC, LHCb a recueilli environ 3 fb-1 d'interactions proton-proton, rassemblant le plus grand échantillon de Bs jamais enregistré. Cette thèse présente la recherche des désintégrations B (s) → τμ en utilisant cet échantillon de données. Le lepton τ se désintègre avant d'atteindre le détecteur LHCb et est reconstruit en utilisant le canal τ → πππν. Le neutrino provenant de la désintégration du τ échappe à la détection. Utilisant la masse connue du lepton τ et la position de son vertex de désintégration reconstruite à partir des trajectoires des 3 pions, une technique de reconstruction spécifique est utilisée pour déduire l'énergie du neutrino et donc la masse invariante du méson B qui s'est désintégré. De cette façon, la cinématique complète du processus peut être résolue à une ambiguïté près. Afin de séparer le signal du bruit de fond, une sélection hors ligne composée de différentes étapes est appliquée. Des techniques d'analyse multivariées, telles que les arbres de décision boostés (BDT), sont utilisées pendant le processus de sélection. La stratégie d'analyse est complétée par un ajustement simultané à la distribution de masse invariante des mésons B dans différentes régions d'un BDT final. Selon les prédictions du SM, aucun événement de signal n'est attendu. Dans ce cas, la méthode CLs sera utilisée pour extraire les limites supérieures des rapports de branchement BR(B (s) → τμ). [1] Test of lepton universality using B+→K+l +l− decays Phys. Rev. Lett. 113, 151601 (2014) [2] Measurement of the ratio of branching fractions BR(B → D*tau nu)/BR(B->D*munu) Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 111803 [3] Lepton Flavour Violation in B Decays ? Phys. Rev. Lett. 114, 091801 (2015)

Rare decays that are forbidden in the standard model (SM) probe potential contributions from new processes and the existence of new particles at a scale beyond the reach of direct searches. The decay B(s)→τμ is suppressed in the SM, in which lepton flavour is conserved. Its observation would therefore be an unambiguous evidence of physics beyond the SM. Recent results [1,2] revived the interest for the search of such processes [3]. The LHCb experiment, one of the 4 large experiments operated at the CERN Large Hadron Collider (LHC), is dedicated to precision measurements in the heavy flavour sector. During the LHC run I (2011-2012), LHCb has collected about 3 fb-1 of proton-proton interactions, gathering the largest sample of Bs ever recorded. This thesis presents the search for the B(s)→τμ decays using this data sample. The τ lepton decays before reaching the LHCb detector and is reconstructed using the τ→πππν channel. The neutrino from the τ decay escapes detection. Taking advantage of the known τ vertex position given by the 3π reconstructed vertex, a specific reconstruction technique is used in order to infer the energy of the ν and thus the invariant mass of the decaying B meson. This way, the complete kinematics of the process can be solved up to a two fold ambiguity. In order to disentangle signal from background, an offline selection consisting of different steps is applied. Data driven and multivariate analysis techniques, such as Boosted Decision Trees (BDT), are used during the selection process. The analysis strategy is completed by a simultaneous fit to the B meson invariant mass distribution over the different bins of a final BDT. According to the SM expectations, no signal events should be observed. In this case, the CLs method will be used to extract the upper limits on the branching fractions. [1] Test of lepton universality using B+→K+l +l− decays Phys. Rev. Lett. 113, 151601 (2014) [2] Measurement of the ratio of branching fractions BR(B → D*tau nu)/BR(B->D*munu) Phys. Rev. Lett. 115 (2015) 111803 [3] Lepton Flavour Violation in B Decays ? Phys. Rev. Lett. 114, 091801 (2015)