The b quark fragmentation function, from LEP to TeVatron
La fonction de fragmentation du quark b, du LEP au TeVatron
Résumé
The b quark fragmentation distribution has been measured, using data registered by the DELPHI experiment at the Z pole, in the years 1994-1995. The measurement made use of 176000 inclusively reconstructed B meson candidates. The uncertainties of this measurement are dominated by systematic effects, the principal ones being related to the energy calibration. The distribution has been established in a nine bin histogram. Its mean value has been found to be < xE >= 0.704±0.001(stat.)±0.008(syst.) Using this measurement, and other available analyses of the b-quark fragmentation distribution in e+e- collisions, the non-perturbative QCD component of the distribution has been extracted independently of any hadronic physics modeling. This distribution depends only on the way the perturbative QCD component has been defined. When the perturbative QCD component is taken from a parton shower Monte-Carlo, the non-perturbative QCD component is rather similar with those obtained from the Lund or Bowler models. When the perturbative QCD component is the result of an analytic NLL computation, the non-perturbative QCD component has to be extended in a non-physical region and thus cannot be described by any hadronic modeling. In the two examples, used to characterize these two situations, which are studied at present, it happens that the extracted non-perturbative QCD distribution has the same shape, being simply translated to higher-x values in the second approach, illustrating the ability of the analytic perturbative QCD approach to account for softer gluon radiation than with a parton shower generator. Using all the available analyses of the b-quark fragmentation distribution in e+e- collisions, together with the result from DELPHI presented in this thesis, a combined world average b fragmentation distribution has been obtained. Its mean value has been found to be < xE >= 0.714±0.002. An analysis of the B hadron production at CDF is ongoing. It makes use of _ 6000 B± candidates, from 333pb-1 of data recorded by the CDF experiment, fully reconstructed in the decay channel B± !J/yK±. Characteristics of B mesons and accompanying tracks have been examined in the perspective of understanding the effect of fragmentation. These studies, done in the framework of the PYTHIA event generator, also involve the contributions from different b¯b production mechanisms. Distributions from a fully reconstructed Monte Carlo sample have been compared to data, and the agreement has been found to be reasonable. The analysis is ongoing, and the goal is to fit the fragmentation function parameters and/or the relative contributions from different production mechanisms to improve the agreement between data and Monte Carlo. A measurement of the b quark production cross section has been obtained using the same data. The analysis is still under way, and therefore the result is preliminary. It has been found: s(pp!bX, pT (B) > 4GeV/c, |h| < 1.0) = 19.0±0.8(stat.) ±1.6(syst.)µb s(pp!bX, pT (B) > 4GeV/c, |h| < 0.6) = 11.9±0.6(stat.) ±1.0(syst.)µb (6)
L'idée de base de cette thèse est la mesure de la fonction de fragmentation du quark b dans un environnement de collisionneur e+e−, le LEP, à une énergie dans le centre de masse qui est celle du pic du Z0 et sa transposition dans le cadre d'un collisionneur hadronique, le TeVatron, à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV. Pour cela on utilise le cadre de l'expérience DELPHI au LEP et celui de l'expérience CDF au TeVatron. Ces deux détecteurs sont particulièrement bien adaptés pour réaliser cette mesure. Tous deux bénéficient du nécessaire ensemble de sous-détecteurs de traces et d'identification de particules très performants. De plus CDF s'est équipé d'un système de déclenchement novateur, basé sur l'information du trajectographe gazeux et du microvertex, qui lui permet de tirer le meilleur profit des hauts taux de production de b en collisionneur hadronique. L'analyse développée ici extrait les composantes QCD perturbative et QCD non perturbative de la fonction de fragmentation dans le contexte e+e−. En effet, dans ce cadre, le processus QCD est bien compris, ce qui permet d'extraire la partie non perturbative directement à partir des données et non pas, comme habituellement, par comparaison avec les prédictions de divers modèles de fragmentation introduits dans le Monte Carlo et en ajustant les paramètres pour faire correspondre au mieux données simulées et réelles. On peut directement utiliser la partie non perturbative de la fonction de fragmentation ainsi trouvée à l'environnement d'un collisionneur hadronique, pourvu que l'on se place dans le même cadre de travail et que l'on tienne correctement compte de tous les processus QCD de production du b. L'impact de cette étude pour d'autres mesures telle que, par exemple, celle des oscillations Bs ou celle de la section efficace de production du b au TeVatron est présenté en conclusion de ce travail.
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