German Title: Suche nach Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik in einer Winkelanalyse des B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻ Zerfalls am LHCb Experiment

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PDF, English - main document Download (8MB) | Lizenz: Search for physics beyond the standard model in an angular analysis of the B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻ decay at LHCb by Gerick, David underlies the terms of Creative Commons Attribution 4.0

Abstract

In this thesis an angular analysis of the B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻ decay with the subsequent decays K*⁺→K⁰Sπ⁺ and K⁰S→π⁺π⁻ is presented. The full data set collected by the LHCb experiment during the first two periods of pp collisions at the Large Hadron Collider in the years 2011-2018 is used. In total, 737±34 signal candidates are selected, which allows to determine all angular observables and their correlations in the B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻ decay for the first time. Furthermore, it is the first time that all angular observables are measured in a b→sl⁺l⁻ transition other than that included in the decay of the neutral B⁰ meson. A four-dimensional maximum-likelihood fit is used to extract two sets of angular observables in ten intervals of the invariant dimuon mass squared, q². For most observables and in most q² intervals the resulting values are compatible with Standard Model predictions. However, most prominently the CP-averaged (and optimised) angular observables Afb (P2) and S5 (P5') show significant discrepancies from Standard Model predictions in the q² region below the J/ψ resonance. A global evaluation of the result in terms of the real part of the underlying vector coupling strength in the model-independent effective field theory description prefers a shift of ∆Re(C9)=−1.9 from the Standard Model value with a significance of 3.1σ. The pattern of deviation is coherent with previous measurements in the isospin-partner decay of the B⁰ meson. The size of the deviation largely depends on the considered q² regions and choice of theory nuisance parameters for the global fit.

Translation of abstract (German)

In dieser Thesis wird eine Winkelanalyse des B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻−Zerfalls mit den anschließenden Zerfällen K*⁺→K⁰Sπ⁺ und K⁰S→π⁺π⁻ präsentiert. Der vollständige Datensatz, welcher am LHCb-Experiment in den ersten beiden Perioden mit pp-Kollisionen am Large Hadron Collider in den Jahren 2011-2018 gesammelt wurde, wird verwendet. Insgesamt werden 737±34 Signalkandidaten selektiert. Mit dieser Anzahl an selektierten Kandidaten ist es erstmals möglich alle Winkelobservablen und deren Korrelationen im B⁺→K*⁺μ⁺μ⁻ Zerfall zu messen. Es ist darüberhinaus das erste Mal, dass der vollständige Satz an Winkelobservablen in einem b→sl⁺l⁻ Übergang unabhängig dem im Zerfall des neutral B⁰ Meson gemessen wird. Ein vierdimensionaler Maximum-Likelihood-Fit wird verwendet, um zwei Sätze von Winkelobservablen in zehn Intervallen der quadratierten invarianten Masse des Muon-Paars, q², zu extrahieren. Zufällig gemischte Datensätze werden verwendet um die Korrelationen zwischen allen Observablen zu bestimmen. Für die meisten Observablen und in den meisten q²-Intervallen sind die resultierenden Werte mit den Vorhersagen des Standardmodells kompatibel. Am deutlichsten zeigen jedoch die CP-gemittelten (und optimisierten) Winkelobservablen Afb (P2) und S5 (P5') signifikante Diskrepanzen zu Standardmodellvorhersagen in der q²-Region unterhalb der J/ψ-Resonanz. Eine globale Bewertung der Ergebnisse in Bezug auf der reellen Komponente der zugrundeliegenden Vektorkopplungsstärke in der modellunabhängigen effektiven Feldtheorie bevorzugt eine Verschiebung von ∆Re(C9)=−1,9 mit einer Signifikanz von 3,1σ gegen über dem Wert des Standardmodells. Diese Spannung stimmt mit früheren Beobachtungen bei Zerfällen des Isospin-Partners, des B⁰ Mesons, überein. Der Wert der Abweichung hängt jedoch weitgehend von den betrachteten q²-Regionen und der Wahl der freien Parameter für die globale Anpassung der Theorievorhersage ab.