Farah Mawas "Vers une mesure de la violation de CP dans tau^+- to h^+- pi^- pi^+ nu_tau avec le détecteur Belle II""

lundi 22 sept. 2025, 15:00 → 17:00 Europe/Paris

100/-1-A900 - Auditorium Joliot Curie (IJCLab)

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" Vers une mesure de la violation de CP dans tau^+- to h^+- pi^- pi^+ nu_tau avec le détecteur Belle II"

Alors que la violation de la symétrie de charge-parité (CPV) a été mesurée dans le secteur hadronique dans différents canaux, aucune preuve significative de CPV n’a été trouvée dans le secteur leptonique. Il est donc particulièrement intéressant de rechercher la CPV dans les désintégrations du lepton tau étant donné qu’il peut se désintégrer en une variété de canaux hadroniques différents. En effet, des études théoriques suggèrent que les désintégrations hadroniques du tau pourraient présenter des effets de violation CP, mais seulement en présence de nouvelle physique. Parmi celles-ci, les canaux de désintégration en trois hadrons $\tau^- \to h^- h^+ h^- (\geq 0\pi^0)\nu_\tau$ sont particulièrement intéressants grâce à leurs résonances intermédiaires et leurs distributions angulaires.

Cette thèse présente une étude préparatoire de la violation CP dans la désintégration $\tau^- \to \pi^- \pi^+ \pi^- (\geq 0\pi^0) \nu_\tau$ en utilisant des données simulées par Monte Carlo et des données collectées par le détecteur Belle II qui est situé au collisionneur $e^+e^-$ SuperKEKB. Des critères de sélection, basés sur des contraintes cinématiques, sont appliqués afin de supprimer divers types de bruit de fond et d’obtenir des échantillons de désintégration signal aussi purs que possible. Des corrections liées aux sélections d’identification des particules sont également appliquées. Ce travail compare les distributions des observables pour les données de Belle II aux simulations MC, et les trouve en bon accord.

Pour quantifier la violation CP dans ce canal de désintégration, des observables angulaires spécifiques formant des distributions de produit triple sont exploitées. Des asymétries CP sont construites et pondérées selon des combinaisons de ces observables. Les outils développés dans ce travail contribuent à poser les bases des recherches futures de CPV dans les désintégrations hadroniques du tau dans Belle II.

De plus, cette thèse présente une étude des systématiques pour l’introduction d’un polarimètre Compton dans le cadre de la mise à jour de Belle II et SuperKEKB. L’ajout d’un faisceau d’électrons polarisés vise à ouvrir des opportunités de nouvelle physique. Des mesures précises de la polarisation sont requises. Parmi les différentes techniques potentielles, celle utilisant la diffusion Compton est la meilleure pour mesurer la polarisation du faisceau d’électrons. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur l’étude systématique de la performance du polarimètre à ajouter, en particulier en implémentant une simulation dédiée, en identifiant les sources d’incertitudes, et en évaluant leur impact sur la mesure de la polarisation. Ce travail est utile pour la conception du système de polarimètre, qui contribue à la mise à jour de Belle II.

 

"Towards a measurement of CP violation in tau^+- to h^+- pi^- pi^+ nu_tau using Belle II detector"

While Charge Parity violation (CPV) has been measured for the hadronic sector in different channels, no significant evidence of CPV has been found in the leptonic sector. Therefore, it is particularly compelling to search for CPV in tau lepton decays given that it can decay to a variety of different hadronic channels. In fact, theoretical studies suggest that hadronic tau decays might exhibit CP-violating effects, but only in presence of new physics. Among these, the three hadrons decay channels $\tau^- \to h^- h^+ h^- (\geq 0\pi^0)\nu_\tau$ are particularly interesting thanks to their intermediate resonances and angular distributions.

This thesis presents a preparatory study of CP violation in the decay $\tau^- \to \pi^- \pi^+ \pi^- (\geq 0\pi^0) \nu_\tau$ using Monte Carlo simulated data and collected data by the Belle II detector which is located at the SuperKEKB $e^+e^-$ collider. Selection criteria, based on kinematic constraints, are applied to suppress various types of background and obtain signal decay samples as clean as possible. Corrections related to particles identification selections are also applied. This work compares the distributions of the observables for Belle II data to the MC simulations, finding them to be in good agreement.

To quantify CP violation in this decay channel, specific angular observables forming triple-product distributions are exploited. CP asymmetries are constructed and weighted according to combinations of these observables. The tools developed in this work help lay the groundwork for future work to search for CPV in hadronic tau decays in Belle II.

Additionally, this thesis presents a study of systematics for the introduction of a Compton polarimeter as part of the Belle II and SuperKEKB upgrade. The addition of a polarized electron beam aims to open New Physics opportunities. Precise polarization measurements are required. Among the different potential techniques, the one using Compton scattering is the best for measuring the polarization of the electron beam. In this context, this thesis focuses on the systematic study of the performance of the polarimeter to be added, in particular, by implementing a dedicated simulation, identifying the sources of uncertainties, and evaluating their impact on the polarization measurement. This work is useful for the design of the polarimeter system, which contributes to the Belle II upgrade.