Measurement of the mixing-induced and cp-violating parameters of bs -> phi gamma decays at lhcb

Resumen

En esta tesis se presenta la primera medida de los observables de violación de CP e inducidos por mezcla de la desintegración Bs -> phi gamma (los observables A, S y C), que aparecen en la fracción de desintegración en función del tiempo. Se han utilizado los datos tomados por el experimento LHCb durante los años 2011 y 2012, representando una luminosidad integrada de 3 fb-1 en total. El Modelo Estándar de física de partículas describe las propiedades de todas las partículas elementales y de las interacciones fuerte, débil y electromagnética. A pesar de su gran éxito predictivo, resulta necesaria una extensión del mismo puesto que no explica determinados fenómenos que han sido observados en la naturaleza, como la materia y energía oscuras, las oscilaciones de neutrinos, o la asimetría materia-antimateria del universo. Las teorías que explican estos fenómenos introducen nuevas partículas que pueden dar lugar a otros fenómenos de nueva física. Estas partículas podrían modificar la helicidad del fotón en la transición b -> s gamma a nivel de quarks, la cual tiene efectos observables en la fracción de desintegración en función del tiempo en la desintegración Bs -> phi gamma. El trabajo se ha desarrollado en el contexto del experimento LHCb, uno de los detectores situados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) perteneciente al CERN, diseñado para estudiar la física de partículas a una energía en centro de masas sin precedentes de 14 TeV. El experimento LHCb fue diseñado con el objetivo de realizar medidas de física del sabor, en desintegraciones que involucran quarks pesados. Este trabajo se divide en tres partes: (1) la selección de candidatos Bs -> phi gamma, (2) el análisis de los datos utilizando una estrategia untagged (sin etiquetado de sabor), y (3) el análisis de los datos utilizando una estrategia tagged, donde se determina el sabor del mesón inicial. En primer lugar se introduce la reconstrucción de las partículas neutras en LHCb, con especial énfasis en la mejora del perfil energético transverso de fotones, del cual el autor ha sido partícipe, y que permite la correcta distinción entre fotones y piones neutros en el experimento. En segundo lugar se establece la selección de candidatos Bs -> phi gamma y su optimización, así como el proceso de sustracción de datos de fondo. El análisis mediante la estrategia untagged permite la medida del observable A. Se han desarrollado dos métodos de ajuste, utilizando tanto máxima verosimilitud como un ajuste binado a la fracción de candidatos entre el canal de señal y el canal de control B0 -> Kst(892) gamma, con resultados compatibles. La medida ha sido publicada recientemente en Physical Review Letters, y constituye la primera medida de un observable sensible a la polarización del fotón en desintegraciones de mesones Bs. El análisis mediante la estrategia tagged permite medir, además de A, los observables S y C. La complejidad del método de ajuste se incrementa notablemente en este caso respecto al análisis untagged, puesto que tanto la resolución del tiempo de desintegración como la información de los algoritmos de etiquetado de sabor deben ser incluidos. Se trata de la primera medida de este tipo de observables en desintegraciones de mesones Bs. Las implicaciones de la medida en el contexto del hamiltoniano débil efectivo son discutidas, realizando un análisis fenomenológico que incluye el resto de medidas radiativas sensibles a la transición b -> s gamma.