Phénoménologie des mésons B à la recherche d'un signal au-delà du modèle standard
Institution:
Université Paris-Saclay (ComUE)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Over the last decades, the loop induced decay b→sγ has attracted a considerable amount of attention due to its potential sensitivity to new physics. In the standard model, the processes b→sγ_{L(R)} and b¯→s¯γ_{R(L)} are proportional to the Wilson coefficients C₇(C'₇). The decay B→Kππγ provides via angular analysis a parity odd observable (λ) and via B-B¯ mixing a CP odd observable (S_{ρK⁰_{s}γ}) both sensitive to the ratio C'₇/C₇ ≈ m_s/m_b. The main issue is that both λ and S_{ρK⁰_{s}γ} are accompanied by a dilution factor originating from the strong decay. This work is focused on the estimation and modelisation of those dilution factors. The transition B→Kππγ occurs as three subsequent decays. The weak process B→K_{res}γ is followed by the strong 3-body decay of the kaonic resonance K_{res}→Kππ via three distinct intermediate states ρK⁰_{s}, K*π and κπ. The observable S_{ρK⁰_{s}γ} is accessible with the final state K⁰π⁺π⁻γ, but the presence of non CP eigenstates K^{*±}π^∓ and κ^±π^∓ induce the dilution factor D. To deal with this inconvenience, we derive the expression of D in terms of the partial waves ρK⁰_{s}, K*π and κπ and including the koanic resonances K₁(1270/1400), K*(1410) and K₂*(1430). The partial waves can then be fitted using the final state K^±π^∓π^±γ, where the experimental sensitivity is higher, in order the compute the dilution factor. Then we propose a new model independent method to determine D, which consist in extracting the dilution factor independently of S_{ρK⁰_{s}γ} using final states with one neutral pion such as K⁺π⁻π⁰γ. Exploiting existing data with m_{Kππ}≺1.8GeV/c², we obtained D=0.92±0.17. When considering only K₁(1270/1400) and K*(1410), fitting the angular and Dalitz plot distribution allows to extract λ with an accuracy of the order of ±10% for a sample of 5.10³ Monte Carlo generated events. But this require a good knowledge of different quantities of importance in the strong decay such as the K₁ mixing angle, individual B→K_{res}γ branching ratios and relative phases. We show that some of those parameters can simultaneously fitted with λ with a loss of accuracy of just a few percent. We derive how, using only the angular distribution, one can partially cancel contribution from the strong decay and obtain a lower bound on |λ|.
Abstract FR:
Durant les dernières décennies, la désintégration induite par une boucle b→sγ, a attiré beaucoup d'attention à cause de sa sensibilité potentielle à la nouvelle physique. Dans le model standard, les transitions b→sγ_{L(R)} et b¯→s¯γ_{R(L)} sont proportionnelles aux coefficients de Wilson C₇(C'₇).La désintégration B→Kππγ offre à travers l'analyse angulaire un observable P impaire (λ) et à travers le mélange B-B¯ un observable CP impaire (S_{ρK⁰_{s}γ}) tous deux étant sensibles au rapport C'₇/C₇ ≈ m_s/m_b. La difficulté principale étant que λ et S_{ρK⁰_{s}γ} sont accompagnés par un facteur de dilution provenant de la désintégration forte. Ce travail est centré sur l'estimation et la modélisation de ces facteurs de dilution. La transition B→Kππγ se produit en tant que trois désintégrations successives. La transition faible B→K_{res}γ est suivie par la désintégration forte en trois corps de la résonance kaonic K_{res}→Kππ via trois états intermédiaires distincts ρK⁰_{s}, K*π et κπ. L'observable S_{ρK⁰_{s}γ} est accessible avec l'état final K⁰π⁺π⁻γ, mais la présence de K^{*±}π^∓ et κ^±π^∓, n'étant pas état propre de CP, induit le facteur de dilution D. Pour résoudre ce problème, nous dérivons l'expression de D en fonction des ondes partielles ρK⁰_{s}, K*π et κπ et en incluant les résonances kaonic K₁(1270/1400), K*(1410) et K₂*(1430). Afin de calculer le facteur de dilution, les ondes partielles peuvent être extraites avec l'état final K^±π^∓π^±γ, où la sensibilité expérimentale est plus élevée. Ensuite, nous proposons une nouvelle méthode, indépendante du model, pour déterminer D, qui consiste a extraire le facteur de dilution indépendamment de S_{ρK⁰_{s}γ} en utilisant des états finaux avec un pion neutre tels que K⁺π⁻π⁰γ. En exploitant des données existantes avec m_{Kππ}≺1.8GeV/c², nous obtenons D=0.92±0.17. Lorsque l'on considère juste K₁(1270/1400) et K*(1410), λ peut être extrait de la distribution angulaire and de Dalitz avec une précision de l'ordre de ±10% pour un échantillon de 5.10³ évènements générés à l'aide de la méthode Monté Carlo. Mais cela demande une bonne connaissance de différentes quantités importantes pour la désintégration forte telles que l'angle de mélange de K₁, les rapports de branchement individuel B→K_{res}γ et les phases relatives. Nous montrons que certains de ces paramètres et λ peuvent être simultanément ajustés avec une perte de précision de juste quelques pourcents. Puis nous dérivons comment, en utilisant seulement la distribution angulaire, il est possible d'annuler partiellement les contributions provenant de la désintégration forte afin d'obtenir une limite inférieure pour |λ|.