Nouvelles techniques de B-tagging à Belle II pour l’étude des désintégrations des mésons B avec énergie manquante

L’expérience Belle II fonctionne auprès du collisionneur e⁺ e⁻ SuperKEKB à énergie asymétrique, situé au KEK au Japon, principalement à la résonance Υ(4S), qui se désintègre presque exclusivement en paires de mésons B. Cet environnement de production particulièrement propre et fortement contraint sur le plan cinématique, dans lequel le quadri-moment initial est connu avec précision, rend les usines à mésons B particulièrement adaptées aux mesures et aux recherches faisant intervenir de l’énergie et de l’impulsion manquantes.

L’un des principaux défis expérimentaux vient du fait que de nombreuses désintégrations de mésons B d’un grand intérêt contiennent des particules qui échappent à la détection. Il s’agit notamment des neutrinos dans les désintégrations semi-leptoniques et leptoniques rares, ainsi que de particules potentiellement invisibles dans les recherches de physique au-delà du Modèle standard. Pour étudier ces désintégrations, Belle II utilise le B-tagging, qui consiste à reconstruire l’autre méson B produit dans l’événement, appelé « côté tag », afin de déterminer son quadri-moment. Combinée au quadri-moment initial connu avec précision, cette information fournit une contrainte puissante sur le côté signal et permet d’identifier les particules manquantes grâce à l’énergie et à l’impulsion manquantes de l’événement.

Le B-tagging constitue ainsi un élément essentiel du programme de physique de Belle II. Il joue un rôle central dans les recherches faisant intervenir de l’énergie manquante, mais également dans les mesures de précision des désintégrations semi-leptoniques et dans la détermination des éléments de matrice CKM |V_cb| et |V_ub|. L’efficacité, la pureté et la résolution cinématique du B-tag ont une influence directe sur la sensibilité de ces mesures.

Le groupe Belle II du CPPM développe actuellement une nouvelle génération de techniques de B-tagging visant à améliorer l’efficacité et la pureté de l’étiquetage ainsi que la résolution cinématique, et à étudier leur impact sur des mesures et recherches clés de Belle II. Ce stage s’inscrit dans le prolongement de ces travaux et vise à établir un lien entre le développement de méthodes avancées de B-tagging et leurs applications concrètes à l’étude des désintégrations des mésons B avec énergie manquante.

L’étudiant acquerra une expérience pratique de l’ensemble de la chaîne d’une analyse moderne en physique des saveurs, depuis le développement et la validation d’algorithmes de reconstruction jusqu’à leur application à des mesures de physique. Il évaluera les performances des méthodes de B-tagging existantes, contribuera au développement de nouvelles approches et étudiera dans quelle mesure l’amélioration des performances du B-tagging peut accroître la sensibilité aux désintégrations semi-leptoniques ainsi qu’aux recherches de physique au-delà du Modèle standard.