[pt] A partir do século passado descobrimos a existência de antipartículas e, desde então, a busca por entender a assimetria entre partícula e antipartículas tem sido um forte campo de pesquisa na física. Dentre as condições que possibilitam a assimetria matéria-antimatéria no Universo, está o fenômeno da Violação de Carga-Paridade (VCP). Devido à ela observamos diferenças entre os processos decaimento de uma partícula e sua antipartícula. Tal fenômeno tem efeitos importantes para mésons formados pelos quarks b ou s, porém as predições deste efeito para o setor de charme são muito pequenas, com assimetrias de CP em torno da ordem de 10−3 ou menores. De fato, apenas recentemente a VCP foi observada em decaimentos de 2 corpos de mésons D0. Esta dissertação discute duas estratégias na busca por VCP no canal D+ → π−π+π+ utilizando dados do experimento LHCb durante o Run II. O método de busca por VCP, método Mirandizing, consiste em computar estatisticamente as populações de D+ e D− em intervalos do espaço de fase bidimensional, calculando a significância da diferença dessas populações. Para amostras de grande estatística, como é o nosso caso, o objetivo final é aplicar um método alternativo que consiste em obter o número das populações através de ajustes de massa para cada intervalo. Este trabalho tem como objetivo realizar a validação do método. Nossa estratégia é realizar os procedimentos dividindo a amostra de forma aleatória em duas sub-amostras e não separando nas amostras de D+ e D−. O que se espera, então, são resultados que demonstrem compatibilidade estatística entre as duas amostras. Além dessa validação utilizando os dados, vamos, também, realizar o mesmo procedimento em 100 pseudo-experimentos. Adicionalmente, realizamos os estudos de sensibilidade a fim de verificar em quais possíveis cenários a VCP poderia ser observada nesse canal, dado o tamanho da amostra total. Para este estudo, obteremos o número das populações através da contagem direta (método Mirandizing) dos eventos do espaço de fase dentro da região de massa de maior com maior concentração de eventos de sinal. / [en] Last century we discovered the existence of antiparticles, and since then the search to understand the asymmetry between particles and antiparticles has been a strong field of research in physics. Among the conditions that make matter-antimatter asymmetry possible in the Universe is the Charge-Parity Violation (CPV) phenomenon. Due to it we observe differences between the decay processes of a particle and its antiparticle. Such a phenomenon has important effects for mesons formed by b or s quarks, but the predictions of this effect for the charm sector are very small, with CP asymmetries around the order of 10−3 or smaller. In fact only recently has CPV been observed in 2-body decays of D0 mesons. This dissertation presents the validation of strategies in the search for CPV in the D+ → π−π+π+ channel using data from the LHCb experiment during Run II. The CPV search method, the so-called Mirandizing method, consists of statistically computing the populations of D+ and D− in intervals of the two-dimensional phase space, obtaining the significance of the difference of these populations. For large statistical samples, as is our case, the ultimate goal is to apply an alternative method by obtaining the number of the populations through mass fits for each interval. This work aims to perform the validation of the method. Our strategy is to perform the procedure by dividing the sample randomly into two subsamples, but not separating into the D+ and D− samples. What is expected, then, is that the results demonstrate statistical compatibility between the two samples. In addition to this validation using data, we will also perform the same procedure on 100 pseudo-experiments. Finally, we perform sensitivity studies in order to verify the possible scenarios in which CPV could be observed in this channel, given the total sample size. For this study, we will obtain the number of the populations by directly counting the phase space events (Mirandizing) within the mass region with the highest concentration of signal events.

[pt] O experimento LHCb (CERN) tem como um de seus objetivos principais o estudo do fenômeno de Violalção da Simetria Carga-Paridade (CP), que seria uma das condições necessárias para assimetria de matéeria-antimatéria observada no Universo. O LHCb foi especialmente desenhado para coletar eventos com produção de mésons B (que contém o quark b), cujos decaimentos são a melhor fonte para o estudo da Violação de CP. A observação de efeitos de Violação de CP no decaimento B+- -> pi +- pi- pi+ depende fundamentalmente dos canais ressonantes intermediários que são produzidos. Ainda que experimentos recentes não tenham observado Violação de CP neste canal, a alta estatística a ser atingida pelo LHCb pode vir a permitir a observação de assimetrias no chamado Dalitz Plot, que fornece informações diretas sobre a dinâmica do decaimento. Nesta dissertação, apresentamos um estudo do decaimento B+- -> pi+- pi- pi+ com dados simulados do experimento LHCb. O objetivo é estabelecer o número de eventos deste canal que podem ser observados com a luminosidade integrada de 2 fb(-1), o que corresponderia a um ano nominal de tomada de dados. Foram feitos estudos com amostras simuladas de sinal e de fundo, de forma a estabelecer um critério de seleção de eventos que oferecesse uma alta eficiência para eventos de sinal, com grande rejeição para eventos de fundo. De acordo a este critério, o rendimento esperado para 2 fb(-1) é de cerca de 87 mil eventos B+- -> pi+- pi- pi+ , com um relação fundo/sinal da ordem de 2. / [en] The LHCb experiment (CERN) has the main objective of studying the phenomenon of Charge-Parity (CP) Violation, which is one of the requisites for observed matter-antimatter asymmetry in the universe. The LHCb has been specially designed to collect events with production of B mesons (containing the b quark), since their decays are the best source for the study of CP violation. The observation of effects of CP violation in the decay B+- -> pi+- pi- pi+ depends on its resonant intermediate states. Although CP violation has been observed in this channel so far, the high statistics to achieve by the LHCb may allow the observation of asymmetries in the so–called Dalitz plot distribution, which provides direct information about the dynamics of decay. In this dissertation we present a study of the decay B+- -> pi+- pi- pi+ with simulated data of the experiment LHCb. The goal is to establish the number of events in this channel that can be reached with the integrated luminosity of 2 fb(-1), corresponding to one nominal year of data taking. Studies were performed using signal and background samples, in order to establish selection criteria to achieve a high efficiency for signal events with high background rejection. We obtain an expected yield for 2 fb(-1) of about 87 thousand events of B+- -> pi+- pi- pi+ , with a background to signal ratio of about 2.

[pt] Em física de neutrinos, quase todos os dados de experimentos importantes podem ser explicados através de oscilação de neutrinos causados por massas e misturas. Porem, existe a possibilidade de que os neutrinos tenham algumas propriedades, além dessas mencionadas, que manifesta alguma física nova ou física além do modelo padrão. Esta nova física pode ser explicada por partículas exóticas ainda desconhecidas que são responsáveis por interações extras ou interação não padrão com os neutrinos e aqui as estudaremos fenomenologicamente, isto é, não nos preocuparemos com um modelo teórico em si. Nesta tese, estudamos os efeitos dessa interação não-padrão de neutrinos com a matéria para os experimentos de oscilação de grandes comprimentos. Nós consideramos dois detetores idênticos, mas com suas distâncias em relação à fonte, diferentes em dois casos: Primeiro, estudamos o potencial para sondar os efeitos de interação não-padrão para experimentos que usam feixes de neutrinos convencionais vindo de decaimentos de píons. Como exemplo, consideramos um feixe de neutrinos a ser criado pelo acelerador de prótons do JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) no Japão. Nele, consideramos dois detetores, além do detetor próximo ao JPARC para monitorar o feixe; temos o primeiro que está situado em Kamioka, Japão e o outro em algum lugar na Coréia do Sul, sendo que o primeiro está a 295 km, enquanto o segundo está em torno de 1000 km do JPARC. Segundo, avaliamos também o potencial da fábrica de neutrinos, o qual utiliza feixes de neutrinos vindo do decaimento de múons armazenados num anel para estudar os parâmetros de interação não-padrão e o seu impacto na sensibilidade da fase de violação CP e o ângulo de mistura 013. Neste trabalho, também combinamos os dados simulados com dois detetores com comprimentos diferentes, sendo o primeiro a 3000 km e o outro a 7000 km da fonte. O comprimento deste segundo detetor foi escolhido pelo fato de ter uma característica peculiar, o Magic Baseline (comprimento mágico), onde a probabilidade de oscilação não depende da fase de violação de CP quando os parâmetros não-padrão estão ausentes. / [en] In neutrino physics, most of the experimental data importants can be explained due to neutrino oscilation induced by mass and mixing. However, there is the posibility that the neutrinos have some properties, new physics or beyond Standard Model. This new physics can be explained with some so far unknown exotic particles that are responsables for extra interactions ornon standard interaction with neutrinos and here we studied fenomenologically, without concerning about any theoretical model. In this Thesis, we study the effects of Non Standard Interaction (NSI) with matter in experimentsof oscilation in long baseline. We consider two identical detectors, but wih diferent baselines from source, in two cases: first, we study the probing potencial to analyse the NSI effect for experiments that use conventionalneutrino beams coming from pions decay. For example, we should consider a neutrino beam created at the Proton Accelerator JPARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) in Japan. We consider two detectors, in additionto the front detector at JPARC to monitor the beam; we have the first in Kamioka, Japan and other somewhere in Korea, the first is at 295km, and the second is localizate about 1000 km from JPARC. In sequence, we also evaluate the potencial of Neutrino Factory, where a neutrino beam come from a muon decay storage ring, in order to study the non standard interactions parameter and its impact in CP phase sensibility and the mixingangle 013. In this work we combined theses simulated data from two detectors with differents baselines, with the first localized at 3000 km and the other at 7000 km from the source. The baseline of this second detectorwas chosen because it has a special feature, the Magic Baseline, where theoscilation probability do not depend of CP phase violation when the nonstandard parameters are absent.

[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] O Modelo Padrão (SM) da física de partículas é atualmente a melhor teoria para descrever as interações entre partículas elementares e suas propriedades. A observação da violação do CP em diversos processos fracos no setor de quarks - permitindo uma distinção absoluta entre partículas e antipartículas - é bem explicada pelo SM (através do chamado Cabibbo-Kobayashi-Maskawa ansatz). A violação do CP é uma das condições necessárias para a bariogênese e pode ser a chave para explicar a assimetria matéria-antimatéria no universo. Esta dissertação apresenta a busca por violação de CP no decaimento D+ → π−π+K+ duplamente suprimido por Cabibbo (DCS), usando dados coletados pelo LHCb de 2016-2018 de colisões pp com uma energia de centro de massa de 13 TeV, correspondendo a uma luminosidade integrada de 5,6 fb1. O objetivo desta análise é a implementação de uma técnica independente de modelo para realizar uma comparação estatística entre o espaço de fase, denominado Dalitz Plot (DP), de partícula e antipartícula no canal de decaimento, buscando diferenças locais na distribuição de eventos entre os dois DPs. Primeiro, foi feito um processo de seleção para remover contribuições de background de outros decaimentos de charme, bem como uma análise multivariada utilizando algoritmos de aprendizado de máquina para reduzir os níveis de background combinatoriais. Após a seleção, foi obtida uma amostra final 6M de candidatos a sinal, que é hoje a maior amostra já obtida para um canal de decaimento D+ DCS, permitindo uma excelente sensibilidade para busca de VCP. Essa é a primeira busca de VCP no canal de decaimento estudado. Esta análise é realizada de forma cega, o que significa que não há resultado para a região do sinal nesta primeira etapa e, para garantir que não haja assimetrias espúrias, como efeitos de produção e detecção, foram realizados testes para a região de background, para o canal de controle D+ → K−π+π+ e para a amostra simulada de Monte Carlo. / [en] The Standard Model (SM) of particle physics is currently the best theory to describe the interactions between elementary particles and their properties. The observation of CP violation in a variety of weak processes in the quark sector — allowing an absolute distinction of particles and antiparticles — is well explained by the SM (through so-called Cabibbo-Kobayashi-Maskawa ansatz). CP violation is one of the necessary conditions for baryogenesis and might be the key to explain the matter-antimatter asymmetry in the universe. This dissertation presents the search for CP violation in the doubly Cabibbo suppressed (DCS) D+ → π−π+K+ decay, using data collected by LHCb from 2016-2018 of pp collisions with a centre of mass energy of 13 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 5.6 fb1. The goal of this analysis is the implementation of a model-independent technique to perform a statistical comparison between the phase space, called Dalitz Plot (DP), of particle and antiparticle decay channel, searching for local differences in the distribution of events between the two DPs. First, a selection process was executed to remove background contributions from other charm decays, as well as a multivariate analysis using machine learning algorithms to reduce combinatorial background levels. After the selection, a final sample of ¨6M signal candidates was obtained, which is nowadays the largest sample ever obtained for a DCS D+ decay channel, allowing an outstanding sensitivity for CPV search. This is the first CPV search in the studied decay channel. This analysis is performed blinded, meaning that there is no actual result for the signal region at this first stage and in order to guarantee that there are no nuisance asymmetries, from production and detection effects, tests were performed using the background region, the control channel D+ → K−π+π+ and the Monte Carlo simulated sample.

[pt] Na última década, desde o início do funcionamento do LHC, o Modelo Padrão de física de partículas vem sendo posto à prova com precisão sem precedentes, com enorme êxito. Um de seus experimentos é o LHCb, dedicado à física dos hádrons contendo os quarks beauty e charm. Um dos importantes temas de pesquisa do LHCb é o estudo de efeitos de assimetria partícula-antipartícula em processos de decaimento, devido à chamada violação de Carga-Paridade (CP). A violação de CP é prevista pelo Modelo Padrão e, em decaimentos envolvendo o quark charm, pode ocorrer em certos processos chamados de suprimidos por Cabibbo. No entanto, este efeito é muito pequeno, da ordem de 0.1 porcento. Esta pequenez faz com que o ambiente de decaimentos charmosos seja atraente para busca por física além do Modelo Padrão. O objetivo deste trabalho é o estudo de sensibilidade para violação de CP nos canais D+ -> K- K+π+ e D+ -> π- π+π+: no run II do LHCb. Através de uma representação do espaço de fase desses decaimentos, chamado de Dalitz Plot, e a utilização do método de Mirandizing, que se baseia em procurar significâncias locais na diferença da distribuição de eventos no Dalitz Plot de partícula e antipartícula, pode-se buscar por assimetrias de carga que indicariam efeitos de violação de CP nestes decaimentos. Baseando-se nas estatísticas dos dados tomados entre 2016 e 2018 no LHCb, foram desenvolvidos pseudoexperimentos, via método de Monte Carlo, visando reproduzir a dinâmica dos dados reais, e inserindo pequenos efeitos de violação de CP. Verificamos que há sensibilidade para a violação de CP com efeitos da ordem de 10-3 em algumas situações, que condiz com as expectativas do Modelo Padrão, o que indica a possibilidade de observação de violação de CP nos dados reais do run II. / [en] In the last decade, since the beginning of the operation of the LHC, the Standard Model of particle physics has been tested with unprecedented precision, with enormous success. One of its experiment is LHCb, dedicated to the physics of hadrons containing the beauty and charm quarks. One of the important research topics of the LHCb is the study of the effects of particle-antiparticle asymmetry in decay processes, due to the so-called charge-parity violation (CP). CP violation is predicted by the Standard Model and, in decays involving the charm quark, it can occur in certain processes called Cabibbo-suppressed. However, this effect is very small, of the order of 0.1 percent. This smallness makes the environment of charm decays attractive to search for physics beyond the Standard Model. The aim of this work is the study of sensitivity for CP violation in the channels D+ -> K-K+π+ and D+ -> π-π+π+ in run II of the LHCb. Through the phase space of these decays, called Dalitz Plot, and the use of the Mirandizing method, which is based on looking for local significance in the difference in the distribution of events for particle and antiparticle Dalitz Plots, one can seek for local asymmetries that would indicate effects of CP violation in these decays. Based on the data statistics taken between 2016 and 2018 at the LHCb, pseudo experiments were performed, using the Monte Carlo method, aiming to reproduce the dynamics of real data, and inserting small effects of CP violation. We found that there is sensitivity for CP violation with effects of the order of 10−3 in some situations, which is the expected level predicted by the Standard Model, indicating a possibility for observing CP violation in the real data from run II.

[pt] Neste trabalho de tese investigaremos um novo método para medir a fase leptóonica de violação CP, CP , com um set up experimental chamado LiquidO e, estudaremos a possibilidade do futuro experimento Hyper-Kamiokande de pôr um limite sobre o tempo de vida do neutrino. Ambos são experimentos que detectam neutrinos de acelerador que performarão as próprias medições através do estudo do bem conhecido fenómeno da oscilação de sabor de neutrinos. O primeiro experimento considerado possui duas novas características: primeiramente utiliza como fonte de neutrino um fluxo de Vμ e Vμ produzidos por pions (pi+) em repouso a uma distância de 16 km e secondariamente vai usar uma nova forma de detecção. Essa detecção é feita utilizando cintilador liquido opaco com fibras ópticas que permitem distinguir entre e+ e e-. Nós explicaremos as principais propriedades fenomenológicas desta configuração e calcularemos a significância estatística de exclusão da hipótese CP = (0, pi), a precisão de medição de CP com 1δ de confiança estatística e também as regões permitidas no espaço dos parámetros sin2 023 - δ CP . Na segunda parte do nosso trabalho, nos concentraremos no experimento Hyper-Kamiokande, versão melhorada do experimento Super-Kamiokande que se adjudicou o prémio Nobel em 2015. Este é um detector de luz Cherenkov que utiliza um fluxo de Vμ (Vμ) com energias < 10GeV produzido no acelerador JPARC e colocado a uma distância de 295 km. Neste trabalho identificaremos este experimento como T2HK enquanto para a sua estensão na Korea, que utilizará a mesma fonte mas será colocada a 1100 km de distância, utilizaremos a sigla T2HKK. Nós introduziremos brevemente as modalidades de decaimento do neutrino que podem ser classificadas em dois tipos: um é chamado decaimento invisível, ou seja, quando o neutrino de origem decai em um estado estéril mais uma partícula escalar, e o outro e chamdo de decaimento visível, ou seja, quando o neutrino de origem decai em um autoestado de massa ativo mais uma partícula escalar. Em fim calcularemos as sensitividades no limite da vida média do autoestado V3 para os casos de decaimento visível e invisível para as configurações de T2HK e T2HKK. / [en] In this thesis we will study a novel method to measure the leptonic CP violation phase, CP , in an experimental set up called LiquidO, and the possibility by the future experiment Hyper-Kamiokande to put a limit on the neutrino lifetime. Both experiment are accelerator based ones that will use the well established neutrino flavour oscillation phenomenon to perform their measurement. The first experimental set up uses two new features: firstly it uses as a source a flux of Vμ and Vμ coming from pions (pi+) decay at rest with a baseline of 16 km and secondly it uses a new detection method. This new detection is performed using opaque Liquid Scintillator (LS) with optical fibers that allows e+ e- identification. We will discuss the phenomenological main characteristics of this set up and we will calculate the expected significance to exclude the δ CP = (0, pi) hypothesis, the 1δ precision of the CP measurement and also the expected allowed regions in the sin2 023 - δ CP plane. For what it concerns the second part of our work, we will focus on the Hyper-Kamiokande experiment, upgrade of the 2015 Nobel prize awarded Super-Kamiokande. This is a water Cherenkov detector that will use a Vμ (Vμ) flux with a typical neutrino energy < 10 GeV coming from the JPARC facility with a baseline of 295 km. We will call this source-detector configuration T2HK to distinguish T2HKK, the possible extension of this experiment in Korea that will use the same beam but it will be located at 1100 km from the source. We will briefly introduce the neutrino decay mode that can be classified in two types: one is what is called invisible decay , i.e. when neutrino decays into a sterile neutrino state plus a scalar particle, and the other is called visible decay, i.e. when neutrino decays into an active mass eigenstate plus a scalar particle. We will calculate the limit on the V3 lifetime for the invisible and the visible case for both configurations T2HK and T2HKK.