Etude des désintégrations radiatives baryoniques des mésons beau avec LHCb // Study of rare baryonic-radiative decays of B mesons with LHCb

Le sujet principal de cette offre de thèse est la recherche et l'étude de modes de désintégrations radiatives des mésons beaux encore inobservés et qui impliquent une paire de baryons dans l'état final, tels que
B⁺→pΛ*(→pK⁺)𝛾 ou, plus rare encore, B⁰→pp𝛾. Ces désintégrations baryoniques-radiatives, potentiellement observables dans les données actuelles de LHCb, pourraient fournir d'intéressantes informations sur le spectre de masse de la paire de baryons ou encore sur la polarisation du photon radiatif. D'autres modes rares et/ou inobservés de désintégrations mésoniques avec une topologie similaire seront également étudiés, tels que B⁺→ K⁺K⁻K⁺γ, B⁺→ K⁺K⁻π⁺γ, ou B⁺→π⁺π⁻π⁺γ.

Le ou la candidate retenue exploitera l'ensemble des données disponibles de LHCb dans le but d'explorer ces états finals rares. Il ou elle construira une sélection efficace du signal et étudiera les différents bruits de fond qui le contaminent. Du fait de l'environnement hadronique difficile du LHC et de l'importante quantité de bruits de fond attendue, des outils
de sélection sophistiqués devront être développés (réseaux de neurones ou arbres de décision). Une modélisation précise du spectre en masse invariante sera mise en place afin d'isoler le signal des bruits de fond résiduels et d'en étudier la dynamique.

La principale signature expérimentale des modes radiatifs auprès du LHC est dominée par le photon de haute énergie dans l'état final. Le calorimètre électromagnétique qui permet d'identifier le photon et d'en mesurer l'impulsion joue un rôle essentiel dans les performances de reconstruction et de sélection. Des développements techniques liés à la reconstruction et
l'identifications des objets neutres pour le Run3 et les futurs upgrades du détecteur seront par ailleurs conduits au cours de la thèse.
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The main purpose of this doctoral project is the search and the study of the yet unobserved rare radiative decays of the B mesons involving of pair of baryons in the final states, like B⁺→pΛ*(→pK⁺)𝛾 or, even more suppressed, B⁰→pp𝛾. These baryonic-radiative decays, potentially accessible with the current statistics at LHCb, could provide interesting information about the di-baryon mass spectrum and possibly on the polarization structure of the emitted photons. Other rare and/or unobserved mesonic decays with a similar topology, such as B⁺→ K⁺K⁻K⁺γ, B⁺→ K⁺K⁻π⁺γ, or B⁺→π⁺π⁻π⁺γ, will also be studied.

The retained PhD candidate will exploit the large LHCb dataset to explore these challenging topologies. He or she will develop the signal selection and study the different backgrounds that potentially contaminate the signal region. Due to the difficult hadronic environment and the expected large background contamination, multivariate tools will have to be setup. A
detailed invariant-mass model describing the signal and the remaining backgrounds, will be built to isolate the signal and to further explore its dynamics.

The main experimental signature of the radiative decays at LHCb is driven by the high-energy photon in the final-state. The Electromagnetic Calorimeter that identifies the photon and reconstructs its momentum, plays a major role in the reconstruction and the selection performance. Technical developments related to the reconstruction and the identification of neutral objects for the Run 3 and future LHCb upgrade are foreseen.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Clermont Auvergne

178 Sciences Fondamentales

M2 spécialisé physique des particules
Master 2 in particles physics