This thesis reports the first indications of the Λ(1520) and ∆(1232)++ decay modes in the Ξc0 → pK−K−π+ decay. The obtained fractions relative the inclusive Ξc0 → pK−K−π+ decay are (6.4±0.6)% and (32.6±1.2)% for the decays through the Λ(1520) and ∆(1232)++ resonances respectively. The estimates were done on a sample of 6449±226 events of the Ξc0 baryon originating in the pure hadron Ξb− → Ξc0π− decay. The fractions presented in this thesis should be seen as an early indication rather than final estimates as more in-depth studies need to be done.

Ce document de thèse présente un travail à la fois instrumental et de prospective pour la Physique dans le cadre de l'expérience LHCb, sise auprès de la machine LHC, au Cern, dont la mise en service est prévue au printemps 2008. Collisionneur proton-proton délivrant une énergie dans le centre de masse de 14 TeV, le LHC produira nominalement dans l'expérience LHCb 1012 paires de particules belles par an. Après les succès expérimentaux remarquables enregistrés par les usines à mésons B BaBar (SLAC) et Belle (KEK), le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules accommode correctement l'ensemble des données de la Physique des Saveurs et singulièrement le mécanisme CKM est établi comme la source dominante de violation de la symétrie CP dans les systèmes de particules contenant un quark beau ou un quark étrange. La très grande statistique dont disposera l'expérience LHCb devrait permettre à la fois la scrutation de modes rares particulièrement sensibles à des contributions de Nouvelle Physique et des mesures de précision pour une métrologie améliorée des paramètres pertinents du MS. Dans ce cadre, il sera possible de faire une exploration systématique des propriétés du méson $B{^0} _{s}$. Ce travail de thèse porte sur la faisabilité d'une mesure précise du temps de vie de la composante courte de cette particule par l'étude de sa désintégration $B{^0} _{s}\ to \ D ^{+}_{s} D^{-}_{s}$ dont l'état final est CP pair. Nous avons montré qu'une précision de 2% pouvait être atteinte après une année de prise de données à la luminosité nominale et contraignait significativement la différence de largeurs $ \Delta Gamma _ {s} /Gamma {s}$. L'autre volet de ce travail de thèse concerne la qualification des photodétecteurs qui équipent le détecteur de pieds de gerbe pour lequel l'équipe de Clermont a la responsabilité de l'entièreté de la chaîne de lecture. Le photodétecteur que nous avons retenu est un photomultiplicateur compact 64 anodes produit par la compagnie Hamamatsu. J'ai participé à la caractérisation systématique et à la certification des 100 tubes du détecteur au moyen d'un banc de test spécialement conçu à cette fin. Un élément crucial de ces études à été la mise en évidence d'une diaphonie entre canaux inacceptable au regard des spécifications de physique pour une fraction non négligeable de la production et la sélection finale du nombre de tubes nécessaires qui satisfaisaient tous les critères d'acceptation.

Cette thèse explore la physique des baryons beaux dans le cadre de l'expérience LHCb. L'axe de recherche considéré porte sur les désintégrations Lambda0_b –> Lambda0 V avec V un méson vecteur tel que J/Psi(mu+mu-), phi(K+K-), omega(pi+pi-pi0) ou encore le mélange rho0-omega0(pi+pi-). Ces processus offrent la possibilité de tester la symétrie CP, dans un secteur (celui des baryons) où aucune violation n'a été observée, et la symétrie T, dont les preuves de sa violation sont limitées. Parmi les autres perspectives envisageables, une mesure précise du temps de vie du Lambda0_b pourrait contribuer à la résolution du puzzle théorico-expérimental aujourd'hui observé. Un modèle phénoménologique des désintégrations Lambda0_b –> Lambda0 V a été développé, à partir duquel les rapports d'embranchement et les distributions angulaires ont été estimés. Une étude approfondie de la reconstruction et de la sélection de ces réactions par le détecteur LHCb montre que le canal Lambda0_b –> Lambda0 J/Psi est le canal phare sur le plan statistique et pureté du signal. La mesure du temps de vie du Lambda0_b est le résultat le plus rapidement accessible ; les contraintes sur les asymétries dues à la violation de CP et la violation de T nécessitent plusieurs années de prise de données, avant d'obtenir un résultat significatif. En outre, un travail instrumental a été mené sur l'électronique de lecture, dite Front-End, des canaux du détecteur de pied de gerbe de l'expérience. Cette contribution comprend la validation des cartes électroniques prototypes et la mise en place des outils requis pour la qualification des 100 cartes de production.

L'objectif de la thèse est de proposer une procédure pour l'étalonnage de l'algorithme d'étiquetage de la saveur de l'expérience LHCb. Cet algorithme est fondamental pour de nombreuses mesures de paramètre de la violation de la symétrie CP. La mesure de référence est celle de sin(2b) car ce paramètre est très bien connu. Dans la première partie de ce document, nous présentons le cadre théorique du travail, avec une présentation de l'origine des observables de violation de la symétrie CP dans le Modèle Standard de la physique des particules. La deuxième partie présente le détecteur LHCb, avec une revue de ses sousdétecteurs. La troisième partie montre l'algorithme d'étiquetage de la saveur, avec une présentation des estimateurs choisis, ainsi que la procédure d'optimisation utilisée. Cette partie donne enfin les performances attendues. Le chapitre suivant présente l'étude de la sélection d'un canal de contrôle utilisé pour l'optimisation de l'algorithme. La cinquième partie présente la procédure d'extraction de la fraction de mauvais étiquetage depuis un autre canal de contrôle. Cette fraction de mauvais étiquetage est un paramètre fondamental de l'algorithme. Enfin, le dernier chapitre montre comment cette fraction de mauvais étiquetage est utilisée dans la mesure de sin(2b), et quels sont les conséquences d'une erreur sur cette fraction. On montre qu'avec une année de prise de données, la sensibilité à sin(2b) est suffisante pour contrôler l'algorithme. Mots clés : étalonnage, étiquetage de la saveur, LHCb, fraction de mauvqais étiquetage, violation de la symétrie CP, sin(2b), maximum de vraisemblance

LHCB est une expérience dédiée à l'étude de la violation CP dans le domaine des mésons B et de leur désintégration rares. Lors du démarrage du LHC, une des premières actions sera de vérifier que l'appareillage a les performances attendues. Cette thèse se place dan sle contexte des premières mesures de l'expérience LHCb pour deux sujets traités : la reconstruction des photons par le calorimètre électromagnétique dans différentes configurations expérimentales et la calibration du calorimètre électromagnétique. Dans ce but une identification des photons `partir de l'ensemble des informations du SPD, PS, ECAL et HCAL est dévellopée basée sur un méthode discriminante de Fisher. Ces photons reconstruits sont utilisés dans la reconstruction des Pi0 dont les spectres mesureront dès le début des prises de données le niveau de calibration du calorimètre. Pour calibrer chaque cellule du calorimètre électromagnétique la contrainte sur la masse des Pi0 reconstruits est utilisée. Une calibration à 1% est possible pour une dé-calibration allant jusqu'à 30% en une dizaine d'heures de prise de données à la luminosité nominale. Deux canaux de physique, ou la calibration du calorimètre et la reconstruction des mésons neutres se désintégrant en paire de photons sont les points clefs sont étudiés. Le canal Bd->J/PsiPi0 mesure de l'angle Beta du triangle CKM, les graphes qui y contribuent peuvent être sensible à de la physique au delà du Modèle Standard. Le canal Bs->J/PSiEta mesure l'angle Chi, domaine spécifique de LHCb. La sensibilité pour a mesure des ces deux angles est estimée.

D'après le Modèle standard, l'asymétrie CP dépendante du temps est la même dans les canaux de désintégration Bd0 -> J/Psi KS0 et Bd0 -> Phi KS0 et donne accès à sin(2 beta). Un écart entre les asymétries CP mesurées dans ces deux canaux signerait la présence phénomènes au-delà du Modèle standard. Ma thèse étudie la sensibilité de l'expérience LHCb à une telle différence en estimant l'erreur statistique avec laquelle elle mesurera sin(2 beta) dans le canal Bd0 -> Phi KS0. Le nombre d'événements de bruit de fond simulés est trop faible en regard de la statistique annuelle pour obtenir des évaluations précises. Nous avons développé plusieurs approches pour améliorer ces évaluations. Cette étude a été menée dans le cadre du détecteur LHCb classique, puis dans celui du détecteur réoptimisé. Nous prédisons dans les cas les plus optimistes une erreur statistique sur sin(2 beta) de 0.56 dans le cadre classique et de 0.29 dans le cadre réoptimisé.

A ce jour la détermination de l'angle γ du Triangle d'Unitarité de la matrice de Cabibbo-Kabayashi-Maskawa est statistiquement limitée par la rareté des transitions b→ u. La précision obtenue en combinant les résultats des expériences BABAR et BELLE est proche de 10°. L'expérience LHCb auprès du LHC présente un fort potentiel d'amélioration pour ce paramètre de violation de CP, notamment via la désintégration Bd0 -> D0K*0, un des canaux clés de cette mesure. Les désintégrations D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 et D0 -> Kπππ sont étudiées dans cette thèse. L'utilisation de désintégrations faisant intervenir des π0 nécessite un bon étalonnage en énergie des calorimètres électromagnétiques. Une méthode d'étalonnage intercellules du ECAL basée sur le flux d'énergie, permet d'obtenir une inter-calibration de l'ordre de 1,5 %, l'échelle d'énergie absolue étant obtenue par des méthodes indépendantes non étudiées ici. La détermination du rapport d'embranchement de la désintégration Bs0 -> D0K*0, première étape du programme aboutissant à la mesure de la violation de CP dans le canal Bd0 -> D0K*0, est réalisée relativement au rapport d'embranchement de Bd0 -> D0ρ0. Le résultat final obtenu avec 36 pb−1 de données collectées par LHCb en 2010 reste dominé par l'erreur statistique :BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs).

Recherche de nouvelle physique dans le canal B0s --> J/psi phi auprès de l'expérience LHCb: Dans le Modèle Standard, la différence de phase apparaissant dans la désintégration B0s --> J/psi phi est prèdite avec une grande précision. Cette observable est une sonde pour mettre en évidence de la Nouvelle Physique car l'oscillation B0s -B0sbar s'effectue via un diagramme en boucles sensible à la nouvelles particules. Nous avons développé une sélection simplifiée pour les données de 2010. Elle évite tous biais sur la distribution en temps propre afin de réduire l'incertitude systématique. De plus, nous contrôlons les performances d'étiquetage pour les événements B0s --> J/psi phi en utilisant les canaux similaires B0d--> J/psi K*0 et B+ --> J/psi K+. Avec les données de 2010, nous obtenons 570 événements de signal avec une luminosité intégré de 36 pb−1, une puissance de d'étiquetage de (2, 2 ± 0, 4)% et une résolution temporelle de 50 fs. Nous avons étudié une sélection alternative, qui maximise la sensibilité à la phase phis en utilisant des coupures biasant le temp propre. Nous avons proposé une méthode pour corriger la déformation de temps propre à partir des données. Nous avons développé un programme d'ajustement pour déterminer la phase phis. Avec les données 2010, la valeur touveé est phis = [−2, 7,−0, 5] rad à 68% de confiance. Ce résultat est compatible avec la prédiction du Modèle Standard.

Ce travail de thèse porte sur l'identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un $\pi^0$ ($B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$) en analysant l'échantillon de données de 1.0 fb$^{-1}$ collecté en 2011 par l'expérience LHCb au LHC. Ces modes sont sensibles aux paramètres de la matrice CKM et permettent de tester certaines prédictions du Modèle Standard liées à la violation de CP. Plusieurs d'entre eux, tels que $B_s^0 \to K^-\pi^+\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$, n'ont pas été observés précédemment. Il s'agit de la première analyse avec des $\pi^0$ énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au $\pi^0$, des désintégrations $D^{*+} \to D^0 ( \to K^- \pi^+ \pi^0 ) \pi^+$ ont été sélectionnées. Un échantillon de pions neutres relativement pur et de grande statistique a ainsi pu être extrait. Il est utilisé pour étudier leur étalonnage en énergie ainsi que l'efficacité de l'outil de séparation $\pi^0 / \gamma$ de l'expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l'étude des modes $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$. Pour sélectionner les événements $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$, un algorithme dédié a été mis en place au niveau du système de déclenchement. Il complète les sélections en ligne standards et permet d'augmenter significativement l'efficacité. Sur les événements enregistrés, les bruits de fond évidents, issus principalement de désintégrations de mésons charmés, sont rejetés en appliquant des critères simples. L'échantillon est alors purifié davantage en utilisant une analyse multivariée. Enfin, les informations des détecteurs Cherenkov permettent de séparer les états finals $\pi^+\pi^-\pi^0$, $K^{\pm}\pi^{\mp}\pi^0$ et $K^+K^-\pi^0$. Un ajustement simultané des spectres de masse reconstruite du méson beau dans les trois sous-échantillons est utilisé pour extraire les nombres d'événements de signal. Il tient compte des différents bruits de fond restants ainsi que des migrations du signal d'un sous-échantillon à l'autre. Les contributions des modes $B^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$, $B^0 \to K^+\pi^-\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^ \pi^0$ sont clairement établies. Il s'agit de la première observation du mode de désintégration $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$.

Grâce a la grande section efficace de production de paires b \bar b, LHC offre une excellente occasion de faire des études de courants neutre changeant la saveur. Ces transitions sont sensibles aux effets de nouvelle physique. Cette these porte sur l'analyse des événements B0 → K∗ 0 e+e− qui permettent de mesurer la fraction de photon avec une polarisation droite et donc de rechercher des signaux de nouvelle physique émis dans la transition b → sγ . En effet, dans le Modele Standard, la polarisation des photons est gauche. La paire e+e−, lors que la masse invariante de la paire de leptons est basse, provient d'un photon virtuel et permet donc de sonder la polarisation de celui-ci. Cette mesure se fait grâce a l'étude des distribution angulaires de cette désintégration a quatre corps. Une première étape est la mesure du rapport d'embranchement dans le domaine de masse 30-1000 MeV/c2 . En effet, cette désintégration n'a jamais été observée dans cette région, y compris auprès des usines a B a cause du très faible rapport d'embranchement. Cette analyse comportant des électrons de basse impulsion transverse est expérimentalement complexe dans un environnement tel que celui du LHC. La mesure est faite relativement au rapport d'embranchement de la désintégration B0 → J/ψ (e + e−)K∗0 . En effet, cela permet de s'affranchir de nombreux effets expérimentaux ainsi que de la détermination absolue des efficacites. Le résultat, repose sur les donnees collectees par LHCb en 2011 et correspondant a une luminosité intégrée de 1 fb−1 : B(B 0 → K∗ 0 e+e−)30−1000 MeV/c = (3.19+0.75 −0.68 (stat) ± 0.22(syst) ± 0.15(PDG)) × 10− 7 en utilisant la valeur PDG pour le rapport d'embranchement de la désintégration B0 → J/ψ (e + e−)K∗0 . La dernière partie de la thèse porte sur des études Monte Carlo qui montrent que la précision sur la fraction de photon avec une polarisation droite que l'on peut espérer obtenir avec l'inclusion des données de 2012 est d'environ 0.1, comparable a la moyenne mondiale obtenue avec des méthodes differentes.