Search for radiative b-baryon decays and study of their anomalous photon polarization at lhcb

Resumen

En esta tesis se presenta el estudio de dos desintegraciones radiativas de bariones que contienen un quark bottom: Lambda_b -> Lambda gamma and Xi_b^- -> Xi^- gamma. En primer lugar, se ha realizado una búsqueda de dichas desintegraciones usando datos tomados por el experimento LHCb para medir sus fracciones de desintegración. En segundo lugar, se usan los candidatos señal para medir la polarización del fotón a haciendo uso del formalismo de helicidad. Esta tesis presenta la primera medida de la polarización del fotón usando la desintegración radiativa b-bariónica Lambda_b -> Lambda gamma, y el primer estudio de la desintegración Xi_b^- -> Xi^- gamma. El marco teórico actual de la física de partículas, el Modelo Estándar (MS), describe las propiedades de las partículas elementales y sus interacciones con tres de las cuatro fuerzas fundamentales. Sin embargo, el MS no es capaz de explicar determinados fenómenos observados en l naturaleza y, por tanto, debe ser extendido. Algunas de estas extensiones introducen nuevas particulas que podrían afectar a la helicidad del fotón en la transición b -> s gamma, presente en las desintegraciones estudiadas.. Esta tesis usa datos de colisiones protón-protón tomados por el experimento LHCb durante 2016 y 2018. El detector LHCb es uno de los experimentos principales situados en el acelerador LHC del CERN. El detector LHCb está optimizado para estudiar las propiedades de desintegraciones raras de b- y c-hadrones. Este trabajo se divide en tres pasos: la selección de la muestra señal, la búsqueda de las desintegraciones radiativas de b-bariones, la medida de la polarización del fotón. El criterio de selección para conseguir muestras de señal limpias ha sido desarrollado en esta tesis. La correcta estimación de la eficiencia de reconstrucción de trayectorias de partículas (trazas) es vital para obtener resultados precisos. Como trabajo para esta tesis, se ha desarrollado un método original para calcular la eficiencia de reconstrucción de trazas. La fracción de desintegración se extrae de un ajuste simultáneo de masa a los candidatos señal previamente seleccionados. El correcto funcionamiento de la estrategia de ajuste se comprueba mediante pseudo-experimentos. La polarización del fotón es extraída de la distribución angular de desintegraciones b-bariónicas usando los mismos candidatos señal. La viabilidad de esta medida se comprueba realizando estudios de sensibilidad que consideren los efectos de la limitada muestra de señal, la aceptancia y resolución angular, y la contribución del fondo. La estrategia de ajuste angular se valida usando un estudio Monte-Carlo y, después, se usa para realizar la medida de la polarización del fotón. Al final, se discuten las implicaciones de estas medidas en el marco experimental actual. Las estrategias de análisis descritas se usarán en estudios posteriores que usen mayores muestras de datos recogidos por el LHCb.