Étude de physique au-delà du Modèle Standard dans les désintégrations B→πK

Abstract

Ce mémoire s'intéresse aux quatre désintégrations B→πK: B⁺→π⁺K⁰, B⁺→π⁰K⁺, Bd⁰→π⁻K⁺ et Bd⁰→π⁰K⁰. Celles-ci sont intéressantes à étudier puisqu'elles sont reliées à la violation CP dans le secteur des quarks. À l'aide d'ajustements, des données expérimentales les plus récentes et de l'approche diagrammatique, ce projet analyse ces désintégrations pour quantifier le désaccord avec le Modèle Standard, et déterminer si des modèles de nouvelle physique peuvent réduire ce désaccord. Les résultats obtenus montrent que le rapport |C'|/|T'| est central pour déterminer l'état du désaccord avec le Modèle Standard. Il s'agit du rapport entre les grandeurs des amplitudes de deux diagrammes intervenant dans les désitnégrations B→πK. Ces diagrammes sont le diagramme de type arbre avec suppression de couleur (C') et celui sans suppression de couleur (T'). Si ce rapport est élevé (∼ 0.5), le Modèle Standard peut expliquer les désintégrations. Ce n'est pas le cas s'il est faible (∼ 0.2). Dans ce cas, des modèles de nouvelle physique peuvent améliorer la situation, sans toutefois expliquer totalement le désaccord. C'est le cas du Z', une particule qui peut causer une transition b̄→s̄ au niveau des arbres. Pour qu'un modèle de Z' puisse réduire le désaccord dans les désintégrations B→πK, le Z' doit se coupler à ūRuR et/ou d̄RdR et le couplage ne doit pas être le même dans les deux cas. Plusieurs modèles permettent que le Z' se couple à b̄→s̄μ⁺μ⁻, ceux-ci peuvent expliquer plusieurs anomalies reliées à cette transition. Pour la moitié de ces modèles, le Z' respecte également les conditions nécessaires pour réduire le désaccord dans B→πK. Des modèles impliquant un diquark, une particule pouvant se coupler à deux quarks de même chiralité ont aussi été considérés. Les résultats obtenus montrent qu'un diquark étant un sextet de couleur et se couplant à uⁱL,RdʲL,R peut également réduire le désaccord dans les désintégrations B→πK.

This thesis deals with the four B→πK decays: B⁺→π⁺K⁰, B⁺→π⁰K⁺, Bd⁰→π⁻K⁺ and Bd⁰→π⁰K⁰. These are interesting to study since they are related to CP violation in the quark sector. Using fits, the latest experimental results on these decays and the diagrammatic approach, this project measures the disagreement with the Standard Model and determines whether new physics models can reduce this disagreement. The results obtained show that the ratio |C'|/|T'| is essential to determine the state of the disagreement with the Standard Model. This is a ratio between the magnitudes of two diagrams contributing the B→πK decays. These diagrams are the color suppressed (C') and color allowed (T') tree diagrams. If this ratio is high (∼ 0.5), the Standard Model can explain the decays. If it is low (∼ 0.2), it cannot. In this case, it was found that new physics models can improve on the Standard Model, whithout however fully explaining the disagreement. This is the case for a Z', a particule that can cause a transition b̄→s̄ at tree level. For Z' models to improve on the Standard Model, the Z' must couple to ūRuR and/or d̄RdR, and the coupling in each of these cases must be different. In some models, the Z' can couple to b̄→s̄μ⁺μ⁻. These models can explain many anomalies observed in this transition. For half of these models, the Z' also has the requirements needed to reduce the disagreement in the B→πK decays. Models involving a diquark, a particle that can couple to 2 quarks of the same chirality were also considered. It was found that a color sextet diquark that couples to uⁱL,RdʲL,R can reduce the disagreement found in the B→πK decays.