Testing the Standard Model with radiative beauty and rare strange decays at LHCb

Abstract

[eng] This thesis focuses in the analysis of radative b-decays and rare strange decays, using data recorded by the LHCb, at the LHC during the Run 2 period. Two analyses are presented in the thesis, both flavour changing neutral currents, known to be very sensitive to new physics effects beyond the Standard Model. A first preliminary analysis focusing in the decay of 𝐾𝑠 → 𝜋𝜋𝑒𝑒 followed by an angular analysis of the radiative decay Λ𝑏 → Λ0𝛾. The decay of the 𝐾𝑠 to two pions and two electrons is quite challenging to reconstruct by the LHCb detector, as it was designed to measure decays of hadrons with b and c quarks. Nevertheless, the LHCb has expanded its original program to include strange decays. This decay, which is quite abundant, is very useful to be used as control mode for rarer decays of 𝐾s decaying into four leptons, which have never been observed before and are very sensitive to new physics. The analysis presents the first steps towards the usage of this mode inside the LHCb. The angular analysis of the Λ𝑏 → Λ0𝛾 decay mode is performed to extract the photon polarization, by exploiting the weak decay of the Λ baryon to a pion and proton pair. The proton angular distribution gives access to the photon polarization, known to be very sensitive to new physics effects. This study presents the strategy and performs the first ever measurement of the photon polarization in radiative b-baryon decays.

[cat] Aquesta tesi doctoral té com a objectiu l'estudi i avaluació del Model Estàndard (ME) de la física de les partícules, mitjançant les dades enregistrades pel detector LHCb. En concret, amb un estudi inicial d'una desintegració rara d'hadrons amb quarks s,𝐾𝑠 →𝜋𝜋𝑒𝑒, i principalment amb l'anàlisi angular d'una desintegració radiativa, Λ𝑏 → Λ0𝛾. Ambdós decaïments emmarcats dins del que es coneix com Corrents neutres de canvi de sabor, sensibles a efectes no predits per el ME. El decaïment 𝐾𝑠→𝜋𝜋𝑒𝑒 pot ser usat com a base per començar a estudiar decaïments molt més suprimits pel ME, com són els decaïments d’un 𝐾𝑠 a quatre leptons, mai observats anteriorment. Encara que 𝐾𝑠→𝜋𝜋𝑒𝑒 és molt abundant experimentalment, al detector LHCb l’observació de aquest canal es molt difícil degut a la natura dels 𝐾𝑠 que tenen una vida mitja molt llarga. L’anàlisi angular de Λ𝑏→Λ0𝛾 permet la mesura directa de la polarització del fotó, un observable molt sensible a nova física, mitjançant l’ús de l’angle del protó provinent del decaïment feble del barió Λ. En aquest anàlisis es presenta la estratègia i la primera mesura de la polarització del fotó en un decaïment radiatiu de barions amb quarks b.