Blind analysis of the rare decay $\Lb\rightarrow \proton\Km\taup\taum$
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-20
Department
Major/Subject
Materials Physics and Quantum Technology
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
64
Series
Abstract
The Lepton Flavour Universality (LFU) is an accidental symmetry of the Standard Model Lagrangian, stating that Standard Model leptons are identical regarding their interactions with other particles except for corrections arising due to lepton mass differences. However, recent experimental results suggest a moderate departure from this symmetry, opening the way for studying LFU violation, particularly in B physics. The LHCb experiment located at the Large Hadron Collider (LHC) is a key instrument in beauty hadron studies. Owing to the LHC's large beam energies, it has unique access to production of heavy particles and resonances. In particular, the beauty-flavoured $\Lb$ baryon can only be produced at hadron colliders, while the $\Lb\to\proton\Km\taup\taum$ decay reconstruction can make use of the detector capabilities of the LHCb. The branching fraction for this decay channel may be enhanced by the presence of new physics at loop-level, which are in turn possibly related to the investigated LFU phenomena. In this thesis, a study of the unobserved rare decay $\Lb\to\proton\Km\taup\taum$ is conducted on a $\SI{5.4}{fb^{-1}}$ $\proton\proton$ collision dataset from LHC Run 2 (2016-2018). A reproducible workflow is developed for the whole analysis in C\nolinebreak[4]\hspace{-.05em}\raisebox{.2ex}{\small\bf ++} leveraging modern particle physics software and frameworks for machine learning and other analysis sections. The results comprise the validation of the combinatorial background, setting an upper limit on the experimental sensitivity, and a study of remaining physics backgrounds, showing that all such backgrounds have been removed. In addition, the results are directly transferrable to the final publication, where the real upper limit will be set following the unblinding of the signal data.Leptoniuniversaalisuus (LU) on standardimallin Lagrangen funktion sattumanvarainen symmetria, jonka mukaan standardimallin leptonit ovat identtisiä vuorovaikutusksissaan toisten hiukkasten kanssa, lukuunottamatta leptonien massasta johtuvia korjaustermejä. Viimeaikaiset kokeelliset tulokset ovat kuitenkin viitanneet kohtalaisiin poikkeamisiin tästä symmetriasta, tarjoten erityisesti b-hadronifysiikalle mahdollisuuden tutkia LU:ta. Suurella hadronitörmäyttimellä (LHC) sijaitseva LHCb-hiukkastunnistin on avainasemassa b-hadronitutkimuksessa. LHC:n suuret säde-energiat mahdollistavat LHCb:n saataville raskaita hiukkasia ja resonansseja. Erityisesti $\Lb$-baryonia voidaan tuottaa ainoastaan hadronitörmäyttillä, ja tämän hadronin $\Lb\to\proton\Km\taup\taum$ hajoamiskanavan tutkimisessa voidaan vastavuoroisesti hyödyntää LHCb:n tunnistinkapasiteettia. Kyseisen kanavan haarautumissuhde saattaa olla odotettua korkeampi johtuen uusien fysikaalisten ilmiöiden silmukkatason Feynmanin diagrammien myötävaikutuksesta, mikä vuorostaan saattaa liittyä LU:n rikkoutumiseen. Tässä diplomityössä on toteutettu tähän mennessä havaitsemattoman harvinaisen hajoamiskanavan $\Lb\to\proton\Km\taup\taum$ analyysi hyödyntäen $\SI{5.4}{fb^{-1}}$ verran LHC:n protoni-protonitörmaysdataa vuosilta 2016-2018. Työssä on kehitetty koko analyysin kattava työnkulku C\nolinebreak[4]\hspace{-.05em}\raisebox{.2ex}{\small\bf ++} -ohjelmointikielellä käyttäen hyväksi modernin hiukkasfysiikkatutkimuksen ohjelmistoja mm. koneoppimiseen. Työn tuloksena on kombinatorisen hiukkashälyn validointi, ylärajan asettaminen kokeelliselle herkkyydelle sekä jäljellä olevan fysikaalisen hiukkashälyn analyysi, jonka myötä esitetään kaiken kyseessä olevan hälyn olevan poistettu. Tämän ohella työn tuloksia voidaan hyödyntää tulevassa julkaisussa, jossa tämän sokkoanalyysin jälkeen signaalialue paljastetaan ja hajoamiskanavan todellinen yläraja voidaan määrittää.Description
Supervisor
Sand, AndreaThesis advisor
Song, YunxuangKeywords
flavour physics, lepton flavour universality, flavour changing neutral current, LHCb experiment, particle physics, LHC