Measurement of rare leptonic and semi-baryonic B meson decays with the LHCb experiment

Abstract

This thesis presents two measurements probing the Standard Model of particle physics with data recorded by the LHCb experiment in Run 1 and Run 2 of the Large Hadron Collider.

The first measurement is a precise branching fraction determination of the purely leptonic Bs→μ⁺μ⁻ and Bd→μ⁺μ⁻ decays. The Bs→μ⁺μ⁻ branching fraction is determined with a relative uncertainty of 15%, making it the most precise single-experiment result available at publication time. The Bd→μ⁺μ⁻ decay is not observed. An upper limit on its branching fraction is calculated to be of O(1e-10) at a confidence level of 95%. These published results strongly constrain theoretical models of new physics effects in the flavour sector.

The second analysis is the first search for the semi-baryonic Bs→ppμ⁺μ⁻ and Bd→ppμ⁺μ⁻ decays. It is the first time that decays of Bs mesons via flavour-changing neutral b→sl+l- transitions into a final state with baryons are studied. The current state of the measurement and preliminary results are presented. Expected upper limits on the branching fractions are determined to be of O(1e-9) at a confidence level of 95%.

In dieser Arbeit werden zwei Messungen vorgestellt, die das Standardmodell der Teilchenphysik prüfen. Dazu werden Daten verwendet, die vom LHCb Experiment in Run 1 und Run 2 des Large Hadron Collider aufgezeichnet wurden.

Die erste Messung ist eine präzise Bestimmung der Verzweigungsverhältnisse der rein leptonischen Bs→μ⁺μ⁻ und Bd→μ⁺μ⁻ Zerfälle. Das Bs→μ⁺μ⁻ Verzweigungsverhältnis wird mit einer relativen Unsicherheit von 15% bestimmt und ist zum Zeitpunkt der Veröffentlichung das präziseste Ergebnis eines einzelnen Experiments. Der Bd→μ⁺μ⁻ Zerfall wird nicht beobachtet. Die obere Ausschlussgrenze für das Verzweigungsverhältnis des Zerfalls liegt in der Größenordnung von O(1e-10) bei einem Konfidenzlevel von 95%. Diese veröffentlichten Ergebnisse schränken die theoretischen Modelle der Effekte neuer Physik im Flavour-Sektor stark ein.

Die zweite Analyse ist eine Suche nach den semi-baryonischen Bs→ppμ⁺μ⁻ und Bd→ppμ⁺μ⁻ Zerfällen. Es ist das erste Mal, dass Zerfälle von Bs Mesonen über flavour-verändernde neutrale b→sl+l- Übergänge in einen Endzustand mit Baryonen untersucht werden. Der aktuelle Stand der Messung und vorläufige Ergebnisse werden vorgestellt. Die erwarteten oberen Ausschlussgrenzen für die Verzweigungsverhältnisse liegen in der Größenordnung von O(1e-9) bei einem Konfidenzlevel von 95%.