[pt] O presente trabalho de tese é destinado ao estudo do decaimento do méson D+ KS(pi)−(pi)+(pi)+ com dados coletados pelo experimento FOCUS do Fermilab. O estado final, composto por 4 mésons pseudo- escalares, pode ser alcançado através de uma considerável variedade de sub- estruturas ressonantes. O proposito da análise é encontrar quais são estes possíveis canais intermediários através de suas contribuições e fases relativas. Para tanto, é utilizado o formalismo de Análise de Amplitudes usando o chamado Modelo Isobárico. A dinâmica do decaimento é definida através de uma função que contém as características (formas funcionais das ressonâncias, distribuição angular, etc) dos canais que intervêm no decaimento e cujo domínio é um espaço o de fase determinado por 5 invariantes (devido às restrições de decaimento em quatro corpos sem spin). A função é então ajustada ao conjunto de dados coletados. Nos resultados, verificamos uma grande contribuição do méson vetor-axial a1(1260) (52%) seguido do vetor-axial K1(1400) (34%). Além disso, o modelo apresenta contribuição da ressonância (sigma) (cerca de 8%, vinda de a1(sigmapi)KS e sigmaKSpi) e uma razoável contribuição da ressonância escalar K− (14%). O estado K já foi visto em seu modo neutro em outros decaimentos de charme, porém ainda não em seu modo carregado. Não encontramos contribui ção significativa do decaimento direto em 4 corpos (não- ressonante). Esta tese vem se somar ao esforço no entendimento da dinâmica das intera ções fortes a baixas energias, que nos últimos anos tem ganhado da física de mésons charmosos uma importante contribuição. / [en] This thesis is devoted to the study of the decay D+ KS(pi)− (pi)+(pi)+ with data collected from the FOCUS experiment, at Fermilab. The final state composed of 4 pseudo-scalars can be produced through a number of resonant sub-structures. The purpose of this analysis is to find the contributing intermediate states by measuring their relative strenghts and phases. For that, the Amplitude Analysis formalism is used, with the so-called Isobar Model. The decay dynamics is described through a function which has the features of the contributing channels (functional forms of the resonances, angular distribution, etc) and which domain is a phase space determined by 5 invariants (due to the kinematical constraints of a 4- body spinless decay). The data sample is thus fitted to this function. Our results show a dominant contribution of the axial- vector meson a1(1260) (52%), followed by the K1(1400) axial-vector (34%). Moreover, the model presents a contribution from the sigma meson (about 8% as a1(sigmapi)KS and sigmaKSpi) and a significant contribution from the scalar k−. The k state has been reported in its neutral mode in other charm decays but not is its charged mode. We find no significant contribution from the direct 4-body decay (non-resonant). This work adds to the effort in the understanding of the strong-interaction dynamics at low energies, which in recent years have been receiving an important contribution from charm meson physics.

[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.

[pt] Apesar de ser considerada uma teoria de sucesso no campo das partículas e interações fundamentais, o Modelo Padrão é considerado incompleto porque ainda deixa uma série de questões em aberto. Para abordar algumas delas, é necessário estudar processos tais como decaimento de partículas. Em particular, os decaimentos de hádrons pesados, como os mésons D e B, podem ser sensíveis à física além do Modelo Padrão, como novas fontes de violação de carga-paridade e novas interações. No entanto, com massas na faixa de poucos GeV, onde os cálculos perturbativos da cromodinâmica quântica são limitados, modelos fenomenológicos são necessários para descrever seus decaimentos hadrônicos. Nesta dissertação, um estudo da dinâmica de decaimento de 3 corpos do canal Ds+ em K−K+K+ é apresentado pela primeira vez e utiliza duas abordagens fenomenológicas para descrever a amplitude do decaimento: o Modelo Isobárico e a chamada Quasi-Model Independent Partial Wave Analysis (QMIPWA). As amostras utilizadas correspondem aos dados coletados na run 2 do experimento LHCb (entre os anos 2016-2018) com colisões prótonpróton a uma energia de centro de massa de 13 TeV. A análise é realizada após um processo de seleção para reduzir o background, levando a uma amostra final com cerca de 100 mil decaimentos. Para realizar a análise de amplitudes no Dalitz plot do decaimento, o background remanescente e a eficiência ao longo do gráfico de Dalitz são parametrizados. No caso em que a amplitude de decaimento é descrita pelo Modelo Isobárico, os resultados obtidos mostram uma dominância da ressonância phi(1020) e uma composição de ressonâncias escalares, f0(980) como a mais clara, sendo formada como estados intermediários, e uma pequena mas não desprezível contribuição das ressonâncias de spin-2. O Modelo Isobárico oferece uma descrição qualitativa da dinâmica de decaimento, mas não fornece um ajuste de boa qualidade, mesmo quando uma variedade de possíveis estados intermediários são adicionados ao modelo de amplitude. Por outro lado, o QMIPWA como ferramenta para descrever o setor escalar revelou-se difícil para a região de massa K−K+ acima de 1.3 GeV e sensível às ressonâncias de spin mais alto adicionadas ao modelo, tornando difícil e menos confiável a interpretação dos resultados obtidos. Ainda com as limitações encontradas nos dois modelos, a análise apresentada aqui representa um passo importante para o entendimento da dinâmica deste decaimento, abrindo caminho para estudos com maior estatística no run 3 do LHCb. / [en] Despite of being considered a successful theory in the field of fundamental particles and interactions, the Standard Model is considered incomplete because it still leaves a number of open questions. In order to address some of these, it is necessary to study physical processes such as particle decays. In particular, the decays of heavy hadrons such as D and B mesons can be sensitive to physics beyond the Standard Model, such as new sources of charge-parity violation and new interactions. Nevertheless, at masses at the few GeV range, where perturbative calculations of quantum chromodynamics are limited, phenomenological models are needed to describe their hadronic decays. In this dissertation, a study of the 3-body decay dynamics of the Ds+ to K-K+K+ channel is presented for the first time and uses two phenomenological approaches to describe the decay amplitude: the Isobar Model and the Quasi-Model Independent Partial Wave Analysis (QMIPWA). The samples used corresponds to the data collected in Run 2 of the LHCb experiment (between the years 2016-2018) with proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 13 TeV. The analysis is performed after a selection process to reduce background, leading to a final sample of about 100 thousand decays. To perform the amplitude analysis fit to the Dalitz plot of the decay, the remaining background and the efficiency across the Dalitz plot are parametrized. In the case of the Isobar Model, the results obtained show a dominance of the phi(1020) resonance and a composition of scalar resonances, f0(980) as the most clear one, being formed as intermediate states, and a small but not negligible contribution of spin-2 resonances. The Isobar Model offers a qualitative description of the decay dynamics but does not provide a good quality fit, even when a variety of possible intermediate states are added to the amplitude model. On the other hand, the QMIPWA as a tool to describe the scalar sector revealed itself difficult for the region of K−K+ mass above 1.3 GeV and sensitive to the higher-spin resonances added to the model, making it difficult and less reliable to interpret the results obtained. Even with the limitations found through both models, the analysis presented here represent an important step towards the understanding of the dynamics of this decay, opening the path to further studies with higher statistics in run 3 of LHCb.