First measurements of radiative B decays in LHCb

Abstract

Radiative decays of B mesons, a good example of Flavor Changing Neutral Currents, are interesting for the study of physics beyond the Standard Model, as new high-energy phenomena can enter in the loop. The LHCb experiment, designed to study b- and c-hadron physics at the LHC, is an ideal candidate for the study of this type of decays. However, in order to effectively study radiative B decays, good trigger performance is needed. Two trigger strategies have been studied, one exclusive and one inclusive: on one side, the already existing exclusive lines have been modified, and, on the other side, a new set of inclusive topological lines, specific for radiative B decays, has been introduced. Their performance in 2011 has been assessed both on simulation and on data, and the strategy for 2012 has been outlined. In addition, the full 2011 dataset collected by LHCb has been used to extract the ratio of branching fractions BR(B → K∗γ)/BR(Bs → ϕγ), which has been measured to be 1.31 ± 0.08(stat) ± 0.04(syst) ± 0.10(fs/fd). From this result, and using the well-known value for B → K∗γ, the branching fraction of Bs → ϕγ has been found to be (3.3 ± 0.3 )x10−5, largely improving previous results. This work puts the basis for future developments within the radiative decays group in LHCb, as it settles the trigger strategy on one hand and provides a detailed study of the backgrounds involved in the two studied decays, on the other. This will be very useful for future analyses, such as the CP asymmetry measurements in B → K∗γ or the photon polarization in Bs → ϕγ.

Les desintegracions dels mesons B són interessants per a l'estudi de Física més enllà del Model Estàndard, ja que són un bon exemple de Corrents Neutres amb Canvi de Sabor, molt sensibles a nova Física a altes energies a través del loop. L'experiment LHCb, dedicat a l'estudi de la física d'hadrons b i c a l'LHC, és un candidat ideal per a l'estudi d'aquest tipus de desintegracions. Tot i així, per a poder estudiar d'una manera efectiva les desintegracions radiative de mesons B a LHCb és necessària una bona resposta del trigger de l'experiment. S'han estudiat dues estratègies de trigger, una d'exclusiva i una d'inclusiva: per un costat, les línies exclusives ja existents han estat modificades, i, per l'altre, s'ha introduït un nou conjunt de línies topològiques específic per a desintegracions radiatives. S'ha estudiat el seu rendiment durant 2011 i, basant-se en els resultats obtinguts, s'ha dissenyat l'estratègia de trigger per a 2012. A més, s'han usat les dades preses per LHCb durant tot 2011 per a extreure la raó de les fraccions d'embrancament BR(B → K∗γ)/BR(Bs → ϕγ), obtenint el resultat de 1.31 ± 0.08(est) ± 0.04(sist) ± 0.10(fs/fd). A partir d'aquest resultat, i fent servir el valor ben mesurat de BR(B → K∗γ), s'ha trobat una raó d'embrancament per a Bs → ϕγ de (3.3 ± 0.3 )x10−5, millorant significativament els resultat anteriors. Aquest treball posa les bases per a futurs desenvolupaments dins del grup de desintegracions radiatives a LHCb, ja que per un costat fixa l'estratègia de trigger i, per l'altre, proporciona un estudi detallat de les diferents fonts de contaminació en la selecció de les desintegracions estudiades. Això resultarà molt útil en futurs anàlisis, tals com les mesures d'asimetria CP en B → K∗γ o la polarització del fotó en Bs → ϕγ.