Étude de la désintégration semileptonique des mésons $\bar{B}^0_d$ en méson $D*^+}$ et mesure de $|V_{cb}|$ auprès de l'expérience DELPHI au LEP
Abstract
Semileptonic decays $\bar{B}^0_d -> D*^{+}l-\nu_l$ were selected from a sample of 3.1 million hadronic Z decays collected by the DELPHI detector at LEP. A measurement of the Standard Mode1 parameter |Vcb| has been performed using these decays. In addition, a search for production of narrow orbitally excited D mesons in semileptonic B decays is also presented. The measurement of IVcb] is based on the precise determination of the $q^2 = (m_b - m_D*)^2$ spectrum of the reconstructed events. An exclusive reconstruction of $\bar{B}^0_d -> D*^{+}l-\nu_l$ decays was done in the channel $D*^+ -> d^0\pi^+$ followed by $D^0 -> k^-\pi^+$ and $D^0 -> K^-\pi^+\pi^-^-\pi^+$ . The distribution was fitted over the full momentum transfer range to extract the product of IVcb| times the normalization of the decay form factor. Using HQET predictions of the from factor the value of IVcb| was extracted. This thesis begins by a description of the role of the IVcb/ matrix element in the Standard model. The theoretical tools used to determine IVcb| are also described. A brief overview of the performances of the DELPHI detector is given in the second part. Then the different steps of the analysis are detailed: event selection, background study, Br($\bar{B}^0_d -> D*^{+}l-\nu_l$ measurement which is the first step of IVcb| measurement, determination of a q2 estimator. The fitting procedure is then discussed. The obtained results are: Br($\bar{B}^0 -> D*^{+}l-\nu_l) = (5,17$\pm 0,49(stat) \pm 0,71(syst))% $|V_{cb}| = (38,7\pm 3,4(stat) \pm 2,9(syst) \pm 1,2(th)) x 10^{-3}$ A good agreement with previous measurements from LEP and B factories (CESR,DESY) is found. The search for narrow orbitally excited charm mesons in semileptonic B decays has led to the measurement of the brandling fraction Br(b -> $D^0_{J}lX) x Br(D^0_J -> D*^{+}\pi-) = (6.0^{+1,7}_{-1,5}(stat) \pm 0,8(syst))) x 10^{-3}$ where $D^0_J$ corresponds to the sum of the two narrow states $D^0_1$ and $D^0_2$. This measurement indicates a non negligible production of narrow excited states in semileptonic B decays.
Le travail présenté dans cette thèse a été réalisé grâce aux données enregistrées de 1991 à 1994 par le le détecteur DELPHI au LEP. Il porte sur la détermination du paramètre libre IVcbl du Modèle Standard de l'interaction électrofaible à partir de la désintégration semileptonique $\bar{B}^0_d -> D*^{+}l-\nu_l$. Une deuxième analyse sur la production d'états charmés orbitalement excités dans les désintégrations semileptoniques des mésons B est aussi présentée. La mesure de IVcb/ repose sur la détermination précise du spectre en moment transféré $q^2 = (m_b - m_D*)^2$ des événements reconstruits de manière exclusive. L'ajustement de ce spectre par l'expression théorique donnée par la théorie effective des quarks lourds (HQET) permet d'obtenir la valeur de IVcb| vec une incertitude théorique inférieure à 4 %. L'exposé de ce travail commence par un présentation du rôle de l'élément de matrice lVcbl et des outils théoriques nécessaires à sa mesure. Le dispositif expérimental utilisé est ensuite décrit. Les différentes étapes de l'analyse sont détaillées: sélection des événements, étude des bruits de fond, mesure du rapport d'embranchement Br($\bar{B}^0_d -> D*^{+}l-\nu_l$ qui est l'étape préliminaire à la mesure de |Vcb| . La mise au point des estimateurs du moment transf4ré est ensuite ex~oséeL. a détermination du spectre en moment transféré des événements -+ DS+l-fi sélectionnés et son ajustement conduisent finalement à la mesure de /VcbI . Les résultats obtenus sont: Br($\bar{B}^0 -> D*^{+}l-\nu_l) = (5,17$\pm 0,49(stat) \pm 0,71(syst))% $|V_{cb}| = (38,7\pm 3,4(stat) \pm 2,9(syst) \pm 1,2(th)) x 10^{-3}$ Ces mesures sont en bon accord avec les résultats obtenus par d'autres collaborations auprès du LEP ou des usines à mésons B (CESR, DESY). L'analyse concernant la recherche d'états charmés excités orbitalement dans les désintégrations semileptoniques des B a permis de mesurer le rapport d'enibranchement Br(b -> $D^0_{J}lX) x Br(D^0_J -> D*^{+}\pi-) = (6.0^{+1,7}_{-1,5}(stat) \pm 0,8(syst))) x 10^{-3}$ où $D^0_J$ correspond à la somme des deux états charmés étroits $D^0_1$ et $D*^0_2 . Cette mesure, quoique statistiquement peu précise indique la présence non négligeable d'excitations orbitales charmées dans les désintégrations sernilcptoniques des B.