Une nouvelle approche aux désintégrations de mésons ou de leptons vers des particules élusives – InvISYble

Les désintégrations de mésons ou de leptons en particules élusives constituent une méthode clé pour sonder l'existence de nouveaux états légérs ou pour mesurer des processus très rares ou interdits. Ces recherches sont effectuées principalement à partir de mésons ou leptons produits par paires, l'un donnant lieu au signal et l'autre souvent utilisé comme "tag", pour améliorer la reconstruction du signal en exploitant l'intrication. Des tags typiques sont des désintégrations entièrement reconstruites. Au contraire, celles avec des états finaux non détectés posent un défi - et une limitation majeure, étant souvent propres et abondantes, par exemple les tags semi-leptoniques.

L'objectif du projet est d'améliorer considérablement les techniques de reconstruction des désintégrations de mésons ou de leptons vers des particules élusives, grâce à une approche systématique à la topologie de désintégration sous-jacente. Cette dernière se prête à l'utilisation d'un ensemble de variables conçues précisément pour marginaliser les degrés de liberté cinématiques inconnus.

En désignant collectivement ces variables comme M2, nous identifions cinq de leurs propriétés qui sont essentielles pour notre but. (1): M2 et sa fratrie sont dotés d'une méthode intégrée pour estimer les impulsions invisibles des deux branches de désintégration séparément; (2): des variantes de la méthode (1) peuvent aider à estimer le nombre d'invisibles dans chaque branche, ce qui aide souvent à la séparation signal / bruit; (3)&(4): M2 peut être augmentée par des contraintes sur des propriétés connues telles la masse du parent et de sa direction de vol - accessible grâce aux capacités de vertexing exquises de nos jours; (5): lesdites contraintes peuvent être imposées en incluant leur incertitude finie, c.-à-d. sous forme d'inégalités - algorithmiquement plus flexibles des égalités strictes. De cette manière, plusieurs éléments d'information incertains peuvent collectivement générer une contrainte forte.

Les propriétés (1) à (5) constituent l'épine dorsale de notre méthodologie et permettent d'identifier trois objectifs spécifiques pour atteindre notre but déclaré. O1: Une étude complète de certaines désintégrations de référence, soit avec de nouvelles particules d'état final, soit très sensibles à des nouveaux effets de courte distance; O2: Le développement d'une stratégie structurée pour les désintégrations de tag en invisibles - par exemple, les semi-leptoniques; O3: L'exploration de propriétés de M2 permettant de distinguer des invisibles de spin différent.

Le projet vise à plusieurs résultats à l'impact majeur et étendu, notamment: (a) une analyse complète de tau->l phi (l = e ou mu, et phi un nouveau boson), avec une amélioration considérable par rapport à la méthode actuelle - par exemple un facteur ~3 pour m_phi petite; (b) une nouvelle approche à la mesure de B->K(*)nu nu et une analyse complète. Cette tâche pourrait déboucher sur la toute première mesure (plutôt qu'une "simple" limite améliorée). Un tel résultat constituerait une percée et justifierait à lui seul l'ensemble du projet. En outre, il représentera un input crucial pour la théorie; (c) une nouvelle bibliothèque pour le calcul des variables M2, permettant pour la première fois d'inclure toutes les contraintes cinématiques et positionnelles disponibles, avec leurs incertitudes, et quel que soit leur nombre. Cette conception générale garantira une large applicabilité.

Les objectifs ont des aspects théoriques et expérimentales entrelacés, adaptés à notre équipe "hybride" - avec un historique de collaboration avéré, notamment des travaux récents fondationnels pour le projet. Son succès repose sur des RH appropriées: un doctorant en co-encadrement exp-th, et un post-doctorant avec une vaste expertise en phénoménologie. Les objectives, nécessitant une interaction exp-th sur la méthode, et des RH dédiées, ne seraient pas réalisables sans financement spécifique.