Direct CP measurement of Lambda b0->pkGamma decay and photon reconstruction optimization for Run III conditions

Abstract

[eng] This thesis focuses on conducting a CP measurement of the rare radiative b-baryon decay Lambda b0 -> pkgamma using proton-proton collisions collected by the LHCb experiment during both the entire Run I and Run II periods. Two distinct approaches were employed for this purpose. The first approach involved measuring CP asymmetry of the signal mode for both Run I and Run II. This was achieved by employing previously determined production and detection asymmetry values for Run I, and then deriving the corresponding asymmetries for Run II using the available information from both Run I and Run II. The second approach served as a crosscheck and aimed to calculate the difference between CP asymmetry between a control mode that shares the same final state hadrons and mother particle (Lambda b0 -> pK J\Psi). This choice allowed the production and detection asymmetries of both the signal and control modes to ideally cancel out in the first approximation. Another method to derive the CP asymmetry difference without assuming asymmetry cancellation is to obtain them using Monte Carlo (MC) simulations. Moreover, this thesis is also covering a study in order to optimize the cluster shape used for reconstructing calorimetric objects. With the start of Run III data taking period, LHCb operates at an increased luminosity five times greater than in preceding years, which translates into a higher overlap between electromagnetic showers and higher pile-up effects. This study explores two new, smaller cluster shapes with the goal of determining if they can provide better resolution than larger cluster shapes - 3x3 used in the previous runs. The two shapes under consideration are the 2x2 mask, where only the 2x2 zone with the highest energy out of the nine cells of a 3x3 cluster are retained, and the Swiss Cross mask, which removes the corner cells from a 3x3 cluster. This study employs a particle gun MC simulation generating photons with energies spanning from 1 GeV to 168 GeV, originating from the primary vertex. This MC setup ensures that each event contains only one photon, eliminating overlap and pile-up effects. Consequently, a comprehensive assessment of necessary energy and position corrections is facilitated, isolating pure geometric factors.

[cat] Aquesta tesi es focalitza en la mesura de la violació de la simetria CP en la desintegració bariònica estranya Lambda b0 -> pKgamma utilitzant dades de col·lisions protó-protó recollides per l'experiment LHCb durant els períodes Run I i Run II. S'han utilitzat dues aproximacions diferents per aconseguir aquest objectiu. La primera aproximació consisteix a mesurar l'asimetria CP del mode de senyal per a Run I i Run II. Es van utilitzar valors d'asimetria de producció i detecció prèviament determinats per a Run I, i es van derivar les asimetries corresponents per a Run II utilitzant la informació disponible de tots dos períodes. La segona aproximació té com a objectiu calcular la diferència entre la asimetria CP entre el canal de senyal i un mode de control que comparteix els mateixos hadrons d'estat final i la mateixa partícula mare. Aquesta estratègia es desenvolupa en dos mètodes: en el primer mètode, s'assumeix que les asimetries de producció i detecció tant del mode de senyal com del mode de control s'anul·len en primera aproximació. En el segon mètode, es deriven les asimetries de detecció a partir de simulacions Monte Carlo, sense assumir que aquestes cancel·lin automàticament. A més, la tesi inclou un estudi per optimitzar la forma dels cúmuls utilitzats en la reconstrucció d'objectes calorimètrics. Amb l'inici del període de recopilació de dades Run III, LHCb opera amb una lluminositat cinc vegades superior a la dels anys anteriors, la qual cosa incrementa la superposició entre cascades electromagnètiques i els efectes d'empilament (pile-up). Aquest estudi explora dues noves formes de cúmuls més petites que les utilitzades anteriorment (cúmuls 3x3): el cúmul 2x2 i el cúmul Swiss Cross. Utilitzant simulacions de Monte Carlo amb un únic fotó per esdeveniment i energies entre 1 GeV i 168 GeV provinents del vèrtex primari, es pot avaluar exhaustivament les correccions d'energia i posició necessàries, aïllant només els factors geomètrics, per determinar si aquestes noves formes de cúmuls poden oferir una millor resolució que els cúmuls més grans utilitzats anteriorment.