Radiative decays of B mesons, a good example of Flavor Changing Neutral Currents, are interesting for the study of physics beyond the Standard Model, as new high-energy phenomena can enter in the loop. The LHCb experiment, designed to study b- and c-hadron physics at the LHC, is an ideal candidate for the study of this type of decays. However, in order to effectively study radiative B decays, good trigger performance is needed. Two trigger strategies have been studied, one exclusive and one inclusive: on one side, the already existing exclusive lines have been modified, and, on the other side, a new set of inclusive topological lines, specific for radiative B decays, has been introduced. Their performance in 2011 has been assessed both on simulation and on data, and the strategy for 2012 has been outlined. In addition, the full 2011 dataset collected by LHCb has been used to extract the ratio of branching fractions BR(B → K∗γ)/BR(Bs → ϕγ), which has been measured to be 1.31 ± 0.08(stat) ± 0.04(syst) ± 0.10(fs/fd). From this result, and using the well-known value for B → K∗γ, the branching fraction of Bs → ϕγ has been found to be (3.3 ± 0.3 )x10−5, largely improving previous results. This work puts the basis for future developments within the radiative decays group in LHCb, as it settles the trigger strategy on one hand and provides a detailed study of the backgrounds involved in the two studied decays, on the other. This will be very useful for future analyses, such as the CP asymmetry measurements in B → K∗γ or the photon polarization in Bs → ϕγ. / Les desintegracions dels mesons B són interessants per a l'estudi de Física més enllà del Model Estàndard, ja que són un bon exemple de Corrents Neutres amb Canvi de Sabor, molt sensibles a nova Física a altes energies a través del loop. L'experiment LHCb, dedicat a l'estudi de la física d'hadrons b i c a l'LHC, és un candidat ideal per a l'estudi d'aquest tipus de desintegracions. Tot i així, per a poder estudiar d'una manera efectiva les desintegracions radiative de mesons B a LHCb és necessària una bona resposta del trigger de l'experiment. S'han estudiat dues estratègies de trigger, una d'exclusiva i una d'inclusiva: per un costat, les línies exclusives ja existents han estat modificades, i, per l'altre, s'ha introduït un nou conjunt de línies topològiques específic per a desintegracions radiatives. S'ha estudiat el seu rendiment durant 2011 i, basant-se en els resultats obtinguts, s'ha dissenyat l'estratègia de trigger per a 2012. A més, s'han usat les dades preses per LHCb durant tot 2011 per a extreure la raó de les fraccions d'embrancament BR(B → K∗γ)/BR(Bs → ϕγ), obtenint el resultat de 1.31 ± 0.08(est) ± 0.04(sist) ± 0.10(fs/fd). A partir d'aquest resultat, i fent servir el valor ben mesurat de BR(B → K∗γ), s'ha trobat una raó d'embrancament per a Bs → ϕγ de (3.3 ± 0.3 )x10−5, millorant significativament els resultat anteriors. Aquest treball posa les bases per a futurs desenvolupaments dins del grup de desintegracions radiatives a LHCb, ja que per un costat fixa l'estratègia de trigger i, per l'altre, proporciona un estudi detallat de les diferents fonts de contaminació en la selecció de les desintegracions estudiades. Això resultarà molt útil en futurs anàlisis, tals com les mesures d'asimetria CP en B → K∗γ o la polarització del fotó en Bs → ϕγ.

This thesis presents a measurement of the effective B0s decay width, ΓFS, from a single exponential fit to the flavour-specific decay channel B0s → D-s π +. This measurement is based on an integrated luminosity of 340 pb-1 recorded by LHCb in 2011 at a center of mass energy of 7TeV. The dataset is divided into two exclusive selections. B0s → D-s (( ϕ →K-K+) π-)π + only has a significant background contribution arising from combinatorial background, and the modelling of this is determined entirely by the data. B0s → D-s ((K-K* (892)0 → K+ π-))π + has a larger contribution from combinatoric and mis-identified background and provides an alternative measurement. A simultaneous fit for the effective B0s decay width is performed to both the datasets leading to the result: ΓFS = 0:668 ± 0:017 ± 0:031 ps-1 The result is then combined with information from the LHCb B0s → J/ψØ analysis leading to an improved measurement of the average B0 s decay width: Γs = 0:666 ± 0:010 ± 0:031 ps-1

The hadronic decay D0 → KS pi+ pi- provides direct access to the measurement of the mixing parameters of the neutral charm meson system and allows to test for indirect CP violation. Mixing is a time-dependent phenomenon for which the time evolution of the transition amplitude of a D0 (anti-D0) decay to the final state KS pi+ pi- has to be considered. The parameters driving those time-dependent oscillations are x and y, depending on the masses and widths of the physical eigenstates. The CP violation parameters |q/p| and phi describe the superposition of the flavour eigenstates D0 and anti-D0 and of the physical eigenstates D1 and D2. By measuring the time- and phase-space dependent distribution of D0 → KS pi+ pi- decays, the mixing parameters can be extracted and a search for indirect CP violation can be performed. This thesis reports a measurement of the mixing parameters and the preparations of a measurement of the CP violation parameters on data collected with the LHCb experiment in 2011 and 2012, corresponding to an integrated luminosity of 3/fb. The D0 and anti-D0 mesons are required to originate from a semileptonic decay of a B meson. The parameters of interest are extracted from a fit in D0 decay time and the Dalitz variables. The phase-space distribution of D0 → KS pi+ pi- decays is modelled by expressing the three-body decay as a succession of two-body decays. The decay amplitude of a D0 or anti-D0 meson into KS pi+ pi- final state is a superposition of all possible intermediate resonances and the single resonances interfere with each other across the phase-space.

Les désintégrations B->l l sont supprimées d'hélicité et se produisent à travers des courants neutres changeant la saveur. Elles sont donc extrêmement rares dans le modèle standard (MS). La physique au-delà du MS pourrait donc modifier substantiellement la valeur des rapports d'embranchement prédits par le MS. Ces prédictions étant très précises, mesurer leur valeurs constitue un test incontournable du MS.Les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à l'établissement de la première évidence de la désintégration Bs->mu mu avec LHCb. Une méthode statistique a ete développée pour extraire et combiner les limites sur les rapports d'embranchement et calculer la signifiance des signaux. A partir de ces acquis statistiques, une méthode originale a été conçue pour re-optimiser les catégories dans lesquelles les candidats sont classés améliorant ainsi la sensibilité de l'analyse de 14%. D'autre part, une étude sur la phénoménologie des interférences entre le mélange de saveur des mésons Bs et leur désintégration a mis en évidence une subtile dépendance de l'analyse avec le modèle physique considéré. La prise en compte de cette dépendance permet de contraindre plus fortement la nouvelle physique. Enfin une méthode de reconstruction topologique inclusive des évènements a été développée et testée, notamment pour reconstruire les candidats Bs->tau tau avec tau->pi pi pi nu. / The B->l l decays are helicity suppressed and process through flavour changing neutral currents. They are extremely rare in the standard model (SM). Thus physics beyond SM could modify their branching ratio up to an observable level. As the theoretical predictions are very precise, these modes are golden channels to probe the SM.The works presented in this thesis have contributed to the establishment of the first evidence of the Bs->mu mu decay. A statistical method has been built to extract and combine limits on the decays branching fraction and to compute signals significance. On the basis of this work, an original method was developed to re-optimised the categories used to classified the candidates which improved the analysis sensitivity by 14%. A study of the interplay between the flavour mixing of the Bs and its decay demonstrated that the analysis results are model dependent. Accounting for this dependency allows to improve constraints on new physics. Finally, an inclusive topological reconstruction was developed and tested in particular to reconstruct Bs->tau tau candidates with tau->pi pi pi nu.

Les mesures de la luminosité intégrée pour les expériences auprés de collisionneur ont un intérêt majeur. Ces mesures participent à la détermination des sections efficaces de production des processus étudiés, elles quantifient également les performances de l'accélérateur et des expériences. Deux méthodes ont été utilisées par l'expérience LHCb pour déterminer la mesure de la luminosité absolue enregistrée durant la campagne 2010 de prise de données des collisions proton-proton à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse: outre la méthode classique applelée "Van der Meer scan" une nouvelle technique est développée permettant une détermination directe des paramètres de chaque faisceau en localisant les interactions faisceau-faisceau et les interactions faisceau-gaz résiduel. Cette méthode n'est possible que grace à la résolution du détecteur de vertex de LHCb et sa proximité avec la zone des faisceaux de protons et les paramètres tels la position, les angles et les largeurs des faisceaux peuvent être mesurés. Les deux methodes sont décrites et leurs résultats discutés. De plus les techniques utilisées pour étendre les mesures de luminosité absolue à l'ensemble de la prise de données 2010 sont décrites. / Absolute luminosity measurements are of general interest for colliding-beam experiments at storage rings. These measurements are necessary to determine the absolute cross-sections of reaction processes and are valuable to quantify the performance of the accelerator. LHCb has applied two methods to determine the absolute scale of its luminosity measurements for proton-proton collisions at the 2010 LHC run at a centre-of-mass energy of 7 TeV. In addition to the classic ``van der Meer'' scan method a novel technique has been developed which allows a direct imaging of the individual beams to be made by measuring both proton-gas and proton-proton interactions. The beam imaging method is made possible by the high resolution of the LHCb vertex detector and the close proximity of the detector to the beams, and allows beam parameters such as positions, angles and widths to be determined. We describe both methods and compare the two results. In addition, we present the techniques used to transport the absolute luminosity measurement to the full data-taking period.

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Les thèmes abordés et développés dans ce manuscrit ont pour objectif de proposer une nouvelle voie pour tester, d'une manière directe, la symétrie de renversement du temps (T) : voie offerte par le LHC grâce à la production copieuse de baryons beaux, spécialement le Λb dont les canaux de désintégration en ΛV(1-) révèleraient l'existence de nouvelles observables impaires par T. L'accent est mis sur l'importance de la polarisation initiale du Λb produit dans les collisions p-p et, surtout, sur celles des résonances intermédiaires issues du Λb. Nous présentons en premier lieu le cadre théorique du travail effectué et en second lieu les différentes voies concernant la recherche directe de la violation de T. Un modèle phénoménologique étudiant la désintégration Λb → Λ J/Ψ a été développé à partir duquel les distributions angulaires ont été calculées. Une étude approfondie de la reconstruction et de la sélection du canal Λb → Λ J/Ψ est exposée ainsi que celle du canal Bd0→ J/Ψ Ks0 ; canal utilisé pour valider la méthode d'extraction du temps de vie du Λb. Sur un autre plan et grâce au démarrage du LHC, une analyse préliminaire des premières données enregistrées par le LHCb a été effectuée ainsi qu'une première mesure prometteuse de la polarisation de l'hypéron Λ. / The topics discussed and developed in this dissertation aim to propose a new way to test, in a direct manner, the symmetry of time reversal (T): an opportunity is offered by the LHC through the copious production of beauty baryons, especially the Λb whose decay channels in ΛV (1-) would reveal the existence of new odd observables under T. The Emphasis is put on the importance of the Λb initial polarization produced in p-p collisions, and especially those of intermediate resonances coming from Λb. We first present the theoretical framework of this work and secondly the different procedures concerning the direct search of T violation. A phenomenological model considering the decay Λb → Λ J/Ψ has been developed, from which angular distributions are computed. A detailed study of the reconstruction and selection of the channel Λb → Λ J/Ψ is exposed as well as that of the channel Bd0 → J/Ψ Ks0 ; channel used to validate the extraction of the Λb lifetime. On another side and due to the start of the LHC, a preliminary analysis of data recorded by the LHCb has been made. A promising first measure of the hyperon Λ polarization was also performed.

Le travail présenté dans cette thèse a été effectué au sein de la collaboration internationale LHCb qui a conçue et qui exploite un détecteur pour la physique des particules auprès de l’accélérateur proton-proton, le LHC, au CERN à Genève. Ces travaux concerne l’opération de l’expérience dans son ensemble. Ils ont montré toutes leurs forces pendant la première année de prise de données qui a débutée fin 2009. Ils couvrent plusieurs systèmes qui sont très dépendant les uns des autres. Deux systèmes sont plus particulièrement étudiés. Le premier est en charge de la surveillance des faisceaux, du niveau des bruits de fond et de la luminosité. Le second permet la visualisation, l’analyse et l’optimisation des conditions expérimentales. Ces deux systèmes sont fortement interconnectés. En effet, l’amélioration de la qualité des faisceaux de la machine et la diminution du bruit de fond augmentent le nombre de collisions utiles pour la physique. En même temps, comprendre les paramètres clefs qui gouvernent l’opération de l’expérience permet de les optimiser et d’améliorer la qualité des données collectées. / There are two main central topics in the thesis: the LHCb beam, background and luminosity monitoring systems and the LHCb optimization systems of experimental conditions. These systems are heavily connected to each other, as improving the machine beam, background and luminosity conditions will automatically improve global operation by maximizing the ratio of luminosity recorded over signal background. At the same time, improving the operation of the experiment will help improve luminosity, by studying more accurately the beam and background conditions and therefore improving the LHC machine settings. In this thesis, the systems to accomplish the requirements of these two main topics are described in detail.

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. / 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.

[pt] A melhor teoria atual para descrever partículas elementares e suas interações, o Modelo Padrão, tem como peça fundamental a violação de carga-paridade (CP), a qual implica diferença no comportamento de partículas e anti-partículas. Por conta da violação de CP, o decaimento de um méson em um certo estado final pode então ser distinto do decaimento do anti- méson nesse estado final conjugado. Esse efeito foi extensivamente estudado e medido ao longo dos anos em decaimentos de mésons K e B, que envolvem os quarks strange e beauty respectivamente, mas apenas recentemente observado em decaimentos de mésons D, envolvendo o quark charm. As assimetrias de CP previstas no setor charmoso são bastante pequenas, então para que novas observações sejam feitas, grandes conjuntos de dados são necessários. Esta dissertação reporta a busca por violação de CP nos decaimentos Ds+ -> K-K+K+, suprimido por Cabibbo, e D+ -> K-K+K+, duplamente suprimido por Cabibbo. A busca por assimetrias locais nos espaços de fase dos decaimentos é realizada com uma técnica modelo-independente, usando dados obtidos em colisões pp de energia de centro-de-massa de 13 TeV, coletados pelo detector LHCb durante 2016—2018 (run 2 ). Também incluído está um estudo da sensibilidade do método a efeitos de violação de CP dadas as estatísticas atuais usando simulações. Nesta análise, dois decaimentos favorecidos por Cabibbo, Ds+ -> K-K+pi+ e D+ -> K-pi+pi+, são utilizados para nos assegurar que não somos sensíveis a assimetrias espúrias, de efeitos de produção ou detecção. / [en] The current best theory for describing elementary particles and their interactions, the Standard Model, has charge-parity (CP) violation as a fundamental feature, which implies that particles and antiparticles behave differently. Due to CP violation, the decay of a meson into a certain final state might then be distinct from the decay of the anti-meson to that charge conjugated final state. This effect has been extensively studied and measured over the years in the decays of K and B mesons, which involve the strange and beauty quarks respectively, but only recently observed in D meson decays, involving the charm quark. The predicted CP asymmetries in the charm sector are very small, so, in order to make new observations, large data samples are required. This dissertation reports the search for CP violation in the singly- Cabibbo-suppressed Ds+ -> K-K+K+ and doubly-Cabibbo-suppressed D+ -> K-K+K+ decays. The search for local asymmetries in the phase space of the decays is performed with a model-independent technique, using the data samples obtained in pp collisions with a centre-of-mass energy of 13 TeV, collected by the LHCb detector during 2016—2018 (run 2). Also included is a study of the method s sensitivity to CP violation effects in the current statistics using simulations. In this analysis, two Cabibbo-favoured decays, Ds+ -> K-K+pi+ and D+ -> K-pi+pi+, are used to ensure we are not sensitive to nuisance asymmetries, from production or detection effects.