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LABORATOIRE : Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire Adresse laboratoire : IN2P3-CNRS et Université PARIS-SUD Faculté des Sciences d'Orsay - Bât 200 - B.P. 34 91898 ORSAY Cedex (France) Adresse site web : http://www.lal.in2p3.fr Groupe : LHCb Titre de la thèse : Etudes de précision de l'état h dans l'expérience LHCb. c Directeur de thèse et coordonnées : Sergey BARSUK, Benoit VIAUD  : 01 64 46 83 66, 01 64 46 89 84  : 01 64 46 85 46 e-mail : viaud@lal.in2p3.fr, barsuk@lal.in2p3.fr Lieu du travail: LAL Déplacements éventuels : CERN Collaborations : LHCb Thème de recherche : Interaction forte et physique du charme. Sujet et nature du travail proposé : Les états de charmonium (états liés c-cbar ) sont un laboratoire privilégié pour l’étude de l’interaction forte. Des modèles théoriques prédisent leurs masses, leurs largeurs de désintégration et leurs rapports de branchement vers divers états finals. Ces mêmes modèles, en particulier la QCD sur réseau, sont utilisés pour décrire les mésons B et D, intensément étudiés par l’expérience LHCb pour découvrir de la physique au-delà du Modèle standard. Il est donc crucial de tester la pertinence de ces modèles, en comparant à des mesures précises leurs prédictions dans le cas des charmonia. 1Le h , état de charmonium 1 P , est à ce jour peu connu. La faiblesse de ses couplages, tant c 1+ - + -aux états e e qu'aux autres états facilement produits via ...

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Langue Français
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LABORATOIRE :
Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire

Adresse laboratoire :
IN2P3-CNRS et Université PARIS-SUD
Faculté des Sciences d'Orsay - Bât 200 - B.P. 34
91898 ORSAY Cedex (France)

Adresse site web : http://www.lal.in2p3.fr
Groupe : LHCb
Titre de la thèse :
Etudes de précision de l'état h dans l'expérience LHCb. c

Directeur de thèse et coordonnées :
Sergey BARSUK, Benoit VIAUD
 : 01 64 46 83 66, 01 64 46 89 84
 : 01 64 46 85 46
e-mail : viaud@lal.in2p3.fr, barsuk@lal.in2p3.fr

Lieu du travail: LAL
Déplacements éventuels : CERN
Collaborations : LHCb
Thème de recherche : Interaction forte et physique du charme.
Sujet et nature du travail proposé :
Les états de charmonium (états liés c-cbar ) sont un laboratoire privilégié pour l’étude de
l’interaction forte. Des modèles théoriques prédisent leurs masses, leurs largeurs de
désintégration et leurs rapports de branchement vers divers états finals. Ces mêmes modèles,
en particulier la QCD sur réseau, sont utilisés pour décrire les mésons B et D, intensément
étudiés par l’expérience LHCb pour découvrir de la physique au-delà du Modèle standard. Il
est donc crucial de tester la pertinence de ces modèles, en comparant à des mesures précises
leurs prédictions dans le cas des charmonia. 1Le h , état de charmonium 1 P , est à ce jour peu connu. La faiblesse de ses couplages, tant c 1
+ - + -
aux états e e qu'aux autres états facilement produits via l'annihilation d'une paire e e , le rend
difficile à produire. En témoigne sa faible largeur de désintégration : Γ(h ) ≤ 1.1 MeV. Sa c
masse a été mesurée par plusieurs expériences. La valeur établie par le PDG est dominée par
la récente mesure de CLEO-c : m(h ) = (3525.28±0.19±0.12) MeV. Certains modèles c
affirment que m(h ) doit être égale à m(χ ), la masse moyenne pondérée par les spins des c c,i
états χ . Elle caractérise la structure hyperfine de ces états de charmonium. Le PDG l’évalue c,i
à m(χ )= 3525.30 ± 0.11 MeV. Une mesure plus précise de m(h ) est donc nécessaire pour c,i c
tester plus en profondeur ces modèles. Il n’existe pas encore de mesures de Γ(h ), ni des c
rapports de branchement vers ses modes de désintégration. Le LHC, et en particulier
l’expérience LHCb, fournissent une opportunité unique de combler ce vide.

Nos études préliminaires, basées sur la simulation du détecteur LHCb et des collisions proton-
proton (p-p), donnent une première évaluation du nombre annuel de h que LHCb peut espérer c
reconstruire. Plusieurs modes de désintégration ont été étudiés. Le plus prometteur est hp-c
pbar avec 200000 événements reconstruits par année nominale de prise de données, à
comparer au millier d’ obtenus par CLE0-c. La thèse poursuivra cette analyse.
Elle affinera tout d’abord la sélection isolant le signal au milieu de l’imposant bruit de fond
issu des collisions p-p. La distribution de la masse invariante reconstruite sera ajustée pour
extraire le nombre d’événements de signal présents dans l’échantillon sélectionné, ainsi que la
masse et la largeur du h . Une étude détaillée des performances de LHCb dans la c
reconstruction de cette masse sera menée, tant pour le signal que pour les bruits de fond.
L’étudiant utilisera la simulation Monte Carlo de l’expérience, avant d’extraire des données
réelles des échantillons de contrôle, tels J/psip-pbar. Ils permettront de corriger
l’imparfaite simulation des performances de reconstruction d’LHCb. La possibilité d’une
sélection dans une large fenêtre en masse invariante, afin d’extraire simultanément les modes
χ  p-pbar, sera étudiée, pour comparer avec précision leurs rapports de branchement à c,i
ceux du h et contraindre ainsi les théories les prédisant similaires. Une première publication c
est possible dès 2011, basée sur la première année de prise de données.

A partir de 2011, dix à vingt fois plus d’événements p-p seront produits à LHCb. D’autres
+ - + -modes de désintégration pourront alors être inclus dans nos mesures, tels h φ( K K ) K K c
+ -ou φπ π . Ils bénéficieront eux aussi de l’excellence d’LHCb en matière d’identification de
particules, mais seront plus sensibles à l’important bruit de fond combinatoire dû aux
+ -dizaines de pions produits par chaque collision p-p. Il en va de même du mode hη ( K Kc c
+ -K K )γ. Ce dernier devra également composer avec la très délicate reconstruction d’un photon
de basse énergie, mais pourrait compenser ce handicap via son rapport de branchement
B(hη γ)~0.5, environ 1000 fois plus élevé que ceux des canaux présentés plus haut. Enfin, c c
++l’étudiant pourra tenter la mesure de B h K , pour contraindre les théories prédisant le c
couplage des B aux charmonia, élément important dans la recherche de nouvelle physique.


Le doctorant participera aussi à la prise de données par le détecteur LHCb, en contribuant à la
bonne marche du calorimètre électromagnétique.

Le stage de Master effectué dans le groupe devra précéder le début de la thèse.

Informations complémentaires :
Pages Internet de la collaboration LHCb : http://lhcb.web.cern.ch/lhcb