Sélection du canal de contrôle B+ → J/ψK+

ÉTIQUETAGE DE LA SAVEUR EST ESSENTIEL pour la mesure des asymétries CP dépendantes du temps. Cet étiquetage est source d’erreurs systématiques car il faut déterminer la fraction de mauvais étiquetage dans un ou des canaux de contrôle et la propager dans le canal de mesure. Pour minimiser les erreurs systématiques dans ce transfert, il est intéressant de développer des sélections de canaux de contrôle et de mesure similaires, de sorte que les performances d’étiquetage soient comparables. Ce chapitre présente la sélection du canal de contrôle B+ → J/ψK+ développée dans ce but. Les trois autres sélections sont développées en parallèle par d’autres membres de la collaboration utilisant les mêmes critères, B0 d → J/ψK∗0 (canal de contrôle) [54], B0 s → J/ψφ (canal de mesure) [54], et B0 d → J/ψK0 S (canal de mesure) [55]. Les résultats importants des canaux B0 d → J/ψK∗0 et B0 d → J/ψK0 S seront présentés car ils sont utilisés dans les deux derniers chapitres de cette thèse. La stratégie choisie pour la sélection B+ → J/ψK+ est de garder le maximum d’événements de signal en gardant le niveau de bruit de fond raisonnable. De plus, pour simplifier les analyses postérieures, la sélection développée ne doit pas biaiser les temps propre des mésons beaux. De ce fait, les coupures biaisant le temps propre ne sont pas utilisées. Enfin, comme on l’a expliqué précédement, il faut que cette sélection soit proche cinématiquement de la sélection du canal de mesure B0 s → J/ψφ qui est utilisé pour mesure de ΦJ/ψφ [56]. Une des contraintes de ce canal est qu’il faut prendre en compte les distributions angulaires des produits de désintégration. Or ces distributions angulaires sont biaisées par les coupures en impulsion transverse. Il convient de donc de limiter leur utilisation, autant pour le canal de signal que pour les canaux de contrôle. Les données Monte-Carlo avec leurs statistiques sont d’abord présentées, suivies par la sélection des mésons J/ψ. La sélection du K+ fait l’objet de la troisième section. Dans la quatrième section, la sélection des mésons B+ est expliquée. La cinquième section est dédiée au rendement annuel ainsi qu’aux différents bruits de fond survivants à la sélection. Enfin, les performances de l’étiquetage des canaux B + → J/ψK+, B0 d → J/ψK∗0 , et B0 d → J/ψK0 S sont comparées.

Données Monte-Carlo utilisées

Les données utilisées sont listées dans la Table 4.1. L’échantillon de signal utilisé est composé d’événements B+ → J/ψK+. Ces événements servent à évaluer les performances de la sélection en termes de rendement annuel, rapport bruit sur signal, et pour la détermination des performances d’étiquetage. Cinq types de bruits de fond sont utilisés dans cette analyse. Tout d’abord un échantillon d’événements de biais minimum, qui sont les événements résultant des collisions proton-proton à 14 TeV. Aucun contrainte cinématique n’est imposée au niveau de la génération. Ensuite, un échantillon d’événements de bb inclusifs, c’est-à-dire contenant une paire de quarks bb. Leur hadronisation ainsi que leur désintégration est libre. Le troisième type d’événements est constitué d’un lot de J/ψ → µµ inclusifs. Ces J/ψ sont issus directement ou indirectement de la collisions proton-proton. Dans cet échantillon, 7% des J/ψ sont issus d’une chaîne pp → b ⇒ J/ψ. Ils ne sont pas considérés dans l’étude des sélections, mais seront utilisés dans le chapitre 5. Les autres 93% des événements de cet échantillon sont ceux pour lesquels les J/ψ viennent du vertex primaire. Enfin, les deux derniers lots, les Bu,d → J/ψX, contiennent des mésons B+ ou B0 d se désintégrant de façon directe ou indirecte en J/ψ et autre chose. Ces différents échantillons sont utilisés pour optimiser les coupures de sélections, estimer le niveau de bruit de fond, et déterminer les propriétés des bruits. Un ensemble de coupures est appliqué sur les données brutes pour gagner du temps de calcul. L’efficacité de ces coupures de pré-sélection est présentée dans la Table 4.1. La coupure au niveau du générateur force tout ou partie des produits de désintégration à être dans l’acceptance géométrique du détecteur, c’est à dire 10 < θ < 400 mrad. Pour les événements de signal, toutes les particules finales sont forcées dans 10 − 400 mrad. Dans le cas des événements de biais minimum, aucune contrainte géométrique n’est imposée. Pour les événements bb inclusifs, seul un hadron beau est forcé dans 10 − 400 mrad. Pour les événements J/ψ → µµ inclusifs, se sont les deux muons issus du J/ψ qui sont forcés dans 10 − 400 mrad. Enfin, dans le cas des événements Bu,d → J/ψX seuls les J/ψ sont forcés dans 10 − 400 mrad. Une deuxième étape de présélection est appelée stripping. Cette étape consiste à appliquer un ensemble de coupures lâches qui permettent d’éliminer les événements mal reconstruits ou ceux dont les produits de désintégration sont en dehors de l’acceptance géométrique. Ce stripping est le OU 1 de toutes les préselections de canaux de physique disponibles à présent. Dans le cas de l’échantillon de biais minimum, les événements doivent passer le premier niveau de déclenchement. Les nombres apparaissant dans la colonne statistique de la Table 4.1 sont les nombres d’événements disponibles pour cette étude. Ils sont complètement reconstruits, c’est-à-dire que pour chaque trace reconstruite, les probabilités qu’elles soient un type de particule sont déjà calculées. Il ne reste qu’à effectuer des coupures et des combinaisons des différentes traces pour obtenir les candidats B voulus. Les différentes luminosités intégrées équivalentes sont utilisées lors des études de sélection. Elles sont calculées en prenant en compte le nombre d’événements disponibles après coupure au niveau générateur et stripping. Elles prennent aussi en compte les sections efficaces en jeu, données dans la Table 4.2 et les rapports d’embranchement de chaque mode, donnés dans la Table 4.3. Selon les échantillons, elles se calculent différemment. Les formules utilisées sont données dans la Table 4.4. Pour pouvoir effectuer les études de sélection, il est nécessaire d’avoir des candidats B. Pour cela, un ensemble de sélections très simples est développé. Elles permettent de reconstruire les particules intermédiaires, J/ψ et kaons, et les candidats B +. L’ensemble de ces coupures sont explicitées dans les Tables 4.5 pour le J/ψ,

Sélection de J/ψ → µ +µ −

Les événements de signal utilisés pour développer cette sélection sont des B+ → J/ψK+. Les événements de bruit de fond sont les bb inclusifs. En effet, cet échantillon contient peu de vrai J/ψ et beaucoup d’événements comparés à l’échantillon de biais minimum. Un candidat J/ψ est défini comme signal si les deux muons utilisés pour sa reconstruction sont vraiment des muons dans la vérité Monte-Carlo, et que ces deux particules viennent bien d’un même J/ψ. C’est le critère utilisé pour l’optimisation Sélection εpresel(%) B + → J/ψK+ 56, 69 ± 0, 04 TAB. 4.8: Efficacité de présélection du canal B+ → J/ψK+. des coupures sur les muons. Ensuite, les coupures sur le J/ψ sont optimisées en demandant que le J/ψ soit un vrai J/ψ dans la vérité Monte Carlo et que celui-ci vienne du méson B+ de signal. Tout les autres cas sont considérés comme du bruit de fond. Les muons doivent avoir suffisamment de hits dans les chambres à muons, et avoir un ∆ lnLµπ > −5. La distribution de ce paramètre est donnée Figure 4.1. Cette coupure n’est pas suffisante pour rejeter les hadrons se désintégrant en vol avant d’atteindre les chambres à muons. Une coupure sur la qualité des traces χ 2 trace/nDoF des muons permet une réjection de tels candidats. En effet, si le kaon ou pion se désintègre dans le trajectographe, même si la cassure de la trace n’est pas visible, la qualité de sa trace est moins bonne que dans le cas où c’est une seule particule. La Figure 4.2 montre la distribution de ce paramètre. De même, une coupure en impulsion transverse pT sur les deux muons est imposée. La distribution des pT est donnée dans la Figure 4.3. La coupure choisie impose pT > 500 MeV/c pour les deux muons. Une dernière coupure sur les muons permet de rejeter les hadrons se désintégrant en vol, par exemple K → µX. Il s’agit d’une coupure sur la séparation K − π, avec le ∆ lnLKπ. En effet, si un kaon se désintègre en vol après le RICH 1, le système d’identification peut donner une réponse en faveur du kaon. Il n’est pas possible de faire la distinction entre un muon et un pion avec le même procédé puisque les masses de ces deux particules sont très proches. La distribution des ∆ lnLKπ est donnée Figure 4.4.