Study of rare b-baryon decays and test of lepton universality at LHCb

Études de désintégrations rares de baryons beaux et test de l'universalité du couplage aux leptons avec LHCb

Vitalii Lisovskyi (1)

1 LAL - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire

Flavor-changing neutral-current b ->sl⁺l⁻ transitions are forbidden at tree level in the Standard Model (SM), and can only occur at loop level. Therefore, they are sensitive to possible New Physics (NP) effects beyond the SM. In the SM, the transitions b ->se⁺e⁻ and b -> sμ⁺μ⁻ have the same probability to happen, this property is called lepton universality (LU). Probing LU in b-hadron decays has been recently a promising area for NP searches. Tensions with respect to the SM predictions at the level of about 2.5 standard deviations have been observed in rare B -> K(*)l⁺l ⁻ decays. To date, tests of LU have been performed only in decays of b-mesons.This thesis presents a first test of the LU in rare b-baryon decays Lambdab -> pK l⁺l⁻ using the data collected by the LHCb experiment at CERN, during 2011, 2012 and 2016 data-taking periods. The expected statistical sensitivity is about 15%, while the central value remains blind at the moment. The first measurement of the branching fraction of the decay Lambdab -> pKμ⁺μ⁻ is performed with the statistical precision of 5.3%.In addition, this thesis presents the first observation of the Lambdab -> pKe⁺e ⁻ decay, and the measurement of its branching fraction.Finally, a suppressed decay Xib0 -> pKJ/ψ is observed and studied for the first time.

Les courants neutres changeant la saveur b -> sl⁺l⁻ ne sont autorisés dans le Modèle Standard (MS) qu'au niveau des boucles.Par conséquent, ils sont sensibles aux éventuels effets de la Nouvelle Physique (NP) au-delà du MS.Dans le MS, les transitions b -> se⁺e⁻ et b -> sμ⁺μ⁻ ont la même probabilité, cette propriété est appelée l'universalité du couplage aux leptons (UL).Tester l'UL dans les désintégrations de hadrons beaux a récemment été un domaine prometteur pour les recherches de NP. Des tensions par rapport aux prédictions du MS, de l'ordre de 2,5 déviations standards, ont été observées dans les désintégrations rares B -> K(*) l⁺l ⁻. À ce jour, les tests de l'UL ont été effectués uniquement sur des désintégrations de mesons beaux.Cette thèse présente un premier test de la UL dans la désintégration rare du baryon Lambdab -> pK l⁺l⁻ , en utilisant les données collectées par l'expérience LHCb au CERN en 2011, 2012 et 2016. La sensibilité statistique attendue est d'environ 15%, tandis que la valeur centrale reste aveuglée.La première mesure du rapport de branchement de la désintégration Lambdab -> pKμ⁺μ⁻ est effectuée avec une précision statistique de 5,3%.En outre, cette thèse présente la première observation de la désintégration Lambdab -> pKe⁺e ⁻ , ainsi que la mesure de son rapport de branchement.Enfin, la désintégration Xib0 -> pKJ/ψ est observée et étudiée pour la première fois.

Mots clés: Flavor Physics; LHCb; B physics; Lepton Universality; Baryons; Rare Decay

Mots clés: Physique de la saveur; LHCb; Physique du B; Universalité leptonique; Baryons; Desintégrations rares

Domaines: Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]

Vitalii Lisovskyi. Study of rare b-baryon decays and test of lepton universality at LHCb. High Energy Physics - Experiment [hep-ex]. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLS208⟩. ⟨tel-02428454⟩