Real-time analysis for studies of charge parity and lepton flavour violation in b-meson decays at LHCb

Abstract

Trigger systems of high energy physics experiments are crucial to the processing of the immense quantities of data produced from particle collisions. The LHCb experiment underwent a major upgrade between Runs 2 and 3 of the LHC, in which the trigger system was redeveloped from a hardware-and software-based model to an entirely software-based model. This thesis presents measurements with proton-proton collision data recorded by the LHCb experiment for both of these models, and the commissioning of the software-based trigger.

The first ever measurement of the time-integrated untagged CP asymmetry in the decay of Bs0 -> Ds- pi+, <A^s_untagged>, is presented, performed with of 5.4 fb^-1 of data recorded in 2016-18. The measured values in the Ds- -> h- h+ pi- decay modes of the Ds-, are consistent with the Standard Model of particle physics, down to a precision of O(10^-3). An ongoing measurement of the lepton flavour universality ratio in B+ -> J/psi(l+ l-) K+ decays, r_J/psi, using 4.5 fb^-1 data recorded in 2024 is then presented. This measurement validates the techniques used to evaluate efficiencies and data-simulation differences on these newest datasets, ahead of analyses in the rare B+ -> K+ l+ l- decay modes. The impact of removing the hardware trigger is discussed throughout the thesis; the realisation of the anticipated improvements in trigger efficiencies is demonstrated explicitly.Die Triggersysteme von Hochenergiephysikexperimenten sind entscheidend für die Verarbeitung der immensen Datenmengen, die bei Teilchenkollisionen anfallen. Das LHCb-Experiment wurde zwischen den Runs 2 und 3 des LHC eines umfassenden Upgrades unterzogen, bei dem das Triggersystem von einem hardware- und softwarebasierten Modell zu einem vollständig softwarebasierten Modell weiterentwickelt wurde. In dieser Arbeit werden Messungen mit Daten aus Proton-Proton-Kollisionen vorgestellt, die vom LHCb-Experiment für beide Modelle aufgezeichnet wurden, sowie die Inbetriebnahme des softwarebasierten Triggers.

Die allererste Messung der zeitintegrierten ungetaggten CP-Asymmetrie im Zerfall von Bs0 -> Ds- pi+, <A^s_untagged>, wird vorgestellt, die mit 5.4 fb^-1 an Daten aus den Jahren 2016-18 durchgeführt wurde. Die gemessenen Werte in den Ds- -> h- h+ pi— -Zerfallsmoden des Ds- sind mit dem Standardmodell der Teilchenphysik konsistent, und mit einer Genauigkeit von O(10^-3). Anschließend wird eine laufende Messung des Leptonenflavour-Universalitätsverhältnisses in B+ -> J/psi(l+ l-) K+ -Zerfällen, r_J/psi, unter Verwendung von 4.5 fb^-1 an Daten aus dem Jahr 2024 vorgestellt. Diese Messung validiert die Techniken, die zur Bestimmung der Effizienz und der Unterschiede zwischen Daten und Simulationen bei diesen neuesten Datensätzen verwendet werden, bevor die Analysen der seltenen B+ -> K+ l+ l- -Zerfälle durchgeführt werden. Die Auswirkungen der Abschaffung des Hardware-Triggers werden in der gesamten Arbeit erörtert; die Realisierung der erwarteten Verbesserungen der Trigger-Effizienz wird ausdrücklich nachgewiesen.