Le premier chapitre contient un bref rappel sur la physique des saveurs lourdes dans le Modèle Standard, et conclut par une description succinte de l'approche statistique utilisée dans CKMfitter.<br /> Le chapitre suivant évoque la violation de CP dans le secteur des kaons : sont traitées les contraintes sur la matrice CKM provenant des mesures de εK, ε′/ε, ainsi que l'´état des lieux et les perspectives sur la recherche des modes rares K+→π+νν et<br />KL→π0νν ; ce chapitre conclut par une étude prospective pour estimer le potentiel de<br />physique des kaons dans le cadre du modèle CKM. <br />Suivent deux chapitres décrivant des analyses de physique dans l'expérience BaBar : est d'abord présentée en détail l'analyse en amplitudes du mode B0 → K+π−π0 ; suit un état des lieux plus succint sur l'analyse en amplitudes dépendantes du temps du mode<br />B0 → K0π+π−, qui a déj`a fourni des résultats préliminaires à l'été 2007. La discussion est ensuite complétée par une description qualitative sur un projet d'étude combinée des contraintes sur la matrice CKM provenant des modes B → Kππ.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Une analyse en amplitudes dépendantes du temps des désintégrations $B^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-$ est effectuée afin de mesurer les paramètres de violation de CP des modes $f_0(980)K_S^0$ et $\rho^0(770)K_S^0$, ainsi que l'asymétrie directe de CP pour $K^*(892)^\pm\pi^\mp$. Les résultats sont obtenus à partid d'un échantillon de $(383\pm 3)\times10^{6}$ paires $B\bar{B}$, enregistrées par le détecteur \babar\ auprès du collisionneur asymétrique PEPII au SLAC. Deux solutions sont trouvées, avec des figures de mérite équivalentes sur la qualité de l'ajustement. En incluant les incertitudes systématiques et provenant du modèle de Dalitz utilisé, l'intervalle de confiance combiné sur $\beta_{\rm eff}$ dans le mode $f_0(980)K_S^0$ est $18^\circ< \beta_{\rm eff}<76^\circ$ (à $95\%$ C.L.) ; la conservation de CP dans ce mode est exclue à $3.5$ écarts standard. Pour le mode $\rho^0(770)K_S^0$, l'intervalle de confiance combiné est est $-9^\circ< \beta_{\rm eff}<57^\circ$ (à $95\%$ C.L.). Pour le mode $K^*(892)^\pm\pi^\mp$, le paramètre d'asymétrie directe de CP est $A_{\rm CP}=-0.20 \pm 0.10\pm 0.01\pm 0.02$. La mesure de la phase relative entre les amplitudes de désintégration $B^0\to K^*(892)^+\pi^-$ et $\bar{B}^0\to K^*(892)^-\pi^+$ exclut l'intervalle $[-132^\circ : +25^\circ]$ (à $95\%$ C.L.). Les rapports d'embranchement et les asymétries directes de CP sont mesurées pour tous les modes résonants intermédiaires significatifs. Les mesures obtenues dans les modes $\rho^0(770) K^0_S$ et $K^{*\pm}(892)\pi^{\mp}$ sont utilisées comme paramètres d'entrée dans une analyse phénoménologique des désintégrations $B \to K^*\pi$ et $B \to \rho K$, basée uniquement sur la symétrie d'isospin $SU(2)$. L'ajout d'informations extérieures sur la matrice CKM permet de poser des contraintes sur l'espace des paramètres hadroniques. Pour $B \to K^*\pi$, les intervalles obtenus sur les pingouins électrofaibles ne sont que marginalement en accord avec les attentes théoriques. Les contraintes sur la matrice CKM sont dominées par des incertitudes d'origine théorique. Une étude de prospective, utilisant les améliorations attendues sur les mesures de ces modes à LHCb, ou dans les programmes futurs tels que Super-B ou Belle-upgrade, permet d'illustrer le potentiel de physique de cette approche.

Avec la statistique correspondant à la luminosité de 20,7 fb-1 intégrée à la réso- nance Y(4S) par l'expérience BABAR, nous avons reconstruit de façon complète des échantillons purs à 90 % de 6967+/-95 mésons B0/B0bar et 7266+/-94 mésons B+/B-. Il s'agit du plus grand échantillon de mésons B complètement reconstruits au monde. Cet échantillon est fondamental pour les analyses temporelles essentielles du programme expérimental de BABAR. Elles consistent à étudier l'évolution temporelle des mésons B pour déterminer les grandeurs physiques associées à la violation de CP , la fréquence delta-m des oscillations B 0 B 0 et les durées de vie des mésons B. La première observation de la violation de CP dans le système B0 /B0bar a utilisé notre échantillon de mésons B neutres pour séparer l'effet recherché de ceux des imperfections de la détermination expérimentale de la saveur des mésons B. Pour les mesures de delta-m et des durées de vie, cet échantillon constitue le signal. La mesure des durées de vie était l'objectif principal de cette thèse. Nous avons obtenu les résultats suivants : tau(B 0 ) = 1,546 +/-0,032 (stat) +/- 0,022 (syst) ps , tau(B + ) = 1,673 +/- 0,032 (stat) +/- 0,023 (syst) ps , tau(B + )/tau(B 0 ) = 1,082 +/- 0,026 (stat) +/- 0,012 (syst) : La précision est sensiblement la meme que celle des résultats combinés de toutes les expériences antérieures publiés en 2000. Il s'agit de la première mesure des durées de vie des mésons B eectuée à l'énergie de l'Y(4S). Nous avons mis au point une nouvelle méthode de mesure optimisée pour ces conditions expérimentales. Nos résultats sont compatibles avec les valeurs moyennes de l'année 2000. Les prédictions théoriques les plus récentes présentées pendant l'été 2001 sont en excellent accord avec nos mesures.

L'expérience BABAR, dont la prise de données a débuté en 1999 auprès du collisionneur PEP-II a SLAC, a pour objectif principal l'étude de la violation de la symétrie CP dans le système des mésons B. Après avoir précisémment mesuré sin2beta, notre attention se porte sur les deux autres angles alpha et gamma du triangle d'unitarité. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la mesure de l'angle alpha dans le mode B0->rhopi. Nous avons réalisé une analyse CP dépendante du temps, ainsi que la mesure des rapports d'embranchement des modes B0->rho+-pi-+ et B0->rho-K+. Les résultats obtenus avec une luminosité intégrée de 80.9 fb-1 sont les suivants: B(B0->rho+-pi-+) = (22.6 +- 1.8 +- 2.2) 10-6, B(B0->rho-K+) = ( 7.3 +- 1.3 +- 1.3) 10-6, ACP(rhopi) = -0.18 +- 0.08 +- 0.03, ACP(rhoK) = -0.28 +- 0.17 +- 0.08, C(rhopi) = -0.36 +- 0.18 +- 0.04, S(rhopi) = -0.19 +- 0.24 +- 0.03, delatC(rhopi) = 0.28 +- 0.19 +- 0.04, deltaS(rhopi) = 0.15 +- 0.25 +- 0.03. Nous avons également mesuré le rapport d'embranchement de B0->rho0pi0, avec une signification statistique de 2.7 sigmas. Nous calculons une limite supérieure sur ce rapport d'embranchement: B(B0->rho0pi0) < 2.7 x 10-6 at 90 % CL. Enfin, nous avons developpé le coeur de l'analyse complète de B0->pi+pi-pi0, qui exploite toute l'information présente dans le diagramme de Dalitz. Des estimations de sensibilité expérimentale pour alpha ont été effectuées. Les résultats obtenus pour les modes B0->rhopi sont interprétés en terme de contraintes sur l'angle alpha au sein de méthodes utilisant la symétrie SU(2) et les modes B+->rhopi, ou la symétrie SU(3) et les modes B0->rhoK et B0->K*pi. Nous avons aussi réalisé la mesure du rapport d'embranchement du mode B0->a0pi sur une luminosité plus réduite de 20 fb-1, menant au résultat: B(B0->a0pi) = (6.2 +3.0-2.5 +- 1.1) 10-6. Des études phénoménologiques sur la faisabilité d'une analyse CP et la détermination de l'angle alpha grâce à ce mode ont aussi été accomplies. Enfin, nous décrivons les améliorations apportées au système de protection du SVT durant les périodes d'injection. En dehors du champ de la collaboration BABAR, nous avons développé un logiciel, dénomé CKMFitter permettant de réaliser une analyse globale de la matrice CKM au sein d'une analyse fréquentiste.

Ce travail de thèse a été mené auprès du détecteur BABAR situé sur le collisionneur PEP-II à Stanford. Les canaux B0 en pi+pi-, K+pi- et K+K- ont été analysés sur un ensemble de 88 millions de paires BBbar afin d'en mesurer les rapports d'embranchement et d'étudier la violation de CP s'y rattachant, qu'elle soit ou non dépendante du temps. Le but final est de mesurer l'angle alpha du triangle d'unitarité de la matrice CKM. Cette analyse a donné lieu à des études fines de la physique du méson B, comme la lutte contre le bruit de fond de paires de quark-antiquark grâce à une variable discriminante élaborée à cette occasion ou la recherche d'effets liés à la variable en temps. Un outil nouveau de validation a en outre été développé. L'interprétation phénoménologique des résultats obtenus a été menée grâce au logiciel CKMFitter à travers quatre cadres théoriques différents. Les résultats de l'expérience concurrente Belle ont également été interprétés.

La violation de CP dans le système des mésons B est étudiée auprès des usines à B depuis maintenant 8 ans. Fortes d'un premier succès apres la mesure de grande précision de l'angle beta du Triangle d'Unitarité, elles s'attèlent depuis peu à l'étude des deux derniers angles: alpha et gamma, qui sont encore très mal connus. Le travail présenté dans cette thèse concerne la mesure de l'angle gamma auprès du détecteur BABAR à SLAC en considérant les désintégrations B- en D0K*-. La méthode utilisée s'appuie sur les interférences au niveau du plan de Dalitz de la désintégration à trois corps : D0 en Ks Pi Pi, entre une contribution à l'amplitude de désintégration proportionnelle à l'élément Vub de la matrice CKM et une contribution proportionnelle à l'élément Vcb de cette même matrice. Cette méthode avait déjà été utilisée pour la mesure de l'angle gamma dans les désintégrations B- en D0 K- et B- en D*0 K-. Ce nouveau mode permet d'améliorer l'erreur statistique sur la mesure de 3 degrés, nous mesurons alors : gamma = (67 +- 28 +- 13 +- 11) degrés. La première incertitude correspond à l'erreur statistique, la deuxième à l'erreur systématique expérimentale et la troisième à l'erreur systématique associée au modèle utilisé pour décrire le plan de Dalitz D0 en Ks Pi Pi. Une présentation détaillée de ce modèle est aussi proposée car il est crucial pour l'analyse. A l'avenir, pour améliorer cette mesure, il faudra affiner la description du modèle de Dalitz à mesure que le nombre d'évènements disponibles auprès des usines à B augmentent.

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.

Ce travail de thèse porte sur l’identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un π0 (B0 d,s → h+h′−π0) 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 B0 s → K−π+π0 et B0 s → K+K−π0, n’ont pas été observés précédemment. Il s’agit de la première analyse avec des π0 énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au π0, des désintégrations D∗+ → D0(→ K−π+π0)π+ 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 π0/γ de l’expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l’étude des modes B0 d,s → h+h′−π0. Pour sélectionner les événements B0 d,s → h+h′−π0, 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 π+π−π0, K±π∓π0 et K+K−π0. 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 B0 → π+π−π0, B0 → K+π−π0 et B0 s → K+K−π0 sont clairement établies. Il s’agit de la première observation du mode de désintégration B0 s → K+K−π0. / This thesis work is about the identification of charmless three-body decays of neutral B mesons with a π0 in the final state (B0d,s → h+h′−π0) through the analysis of a 1.0 fb−1 data sample collected in 2011 by the LHCb experiment at the LHC. Those modes are sensitive to CKM parameters and allow to test Standard Model predictions related to CP violation. Some of them, such as B0 s → K−π+π0 and B0 s → K+K−π0, have not been observed previously. This is the first analysis with energetic π0 in LHCb. To evaluate the detector performance for π0, D∗+ → D0(→ K−π+π0)π+ decays have been selected. This provides a clean and high statistics sample of neutral pions used to study their energy calibration as well as the effectiveness of the π0/γ separation tool of the experiment. Radiative decays are indeed the most dangerous backgrounds for the study of B0 d,s → h+h′−π0 modes. To select B0 d,s → h+h′−π0 events, a dedicated trigger algorithm has been implemented. It complements the standard online selections and significantly improves the efficiency. Offline, obvious backgrounds, mainly from charm decays, are rejected applying simple criteria. The sample is then further purified using a multivariate classifier. At last, information from the ring imaging Cherenkov detectors allows to separate π+π−π0, K±π∓π0 and K+K−π0 final states. A simultaneous fit of the reconstructed B mass spectra in the three subsamples is used to extract the signal yields. It accounts for the different backgrounds remaining as well as for the signal crossfeeds from one subsample to the other. The B0 → π+π−π0, B0 → K+π−π0 and B0 s → K+K−π0 contributions are clearly established. This is the first observation of the B0 s → K+K−π0 decay mode.

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