Recherche de la désintégration B⁺ en K⁺ tau⁺ tau⁻ dans les expériences Belle et Belle II

In recent years, some deviations from the Standard Model (SM) have been observed in semileptonic B-meson decays, such as departures from lepton flavour universality in the b --> sll and b --> c tau nu transitions quantified by the R(K(*)) and R(D(*)) ratios. This generated a considerable interest in the flavour physics community: the pattern of anomalies could be explained by New Physics (NP) scenarios predicting large enhancements in the third generation of leptons compared to the first two, as in the b --> s tau tau transition, especially when the NP coupling is proportional to the square of the lepton mass. The current limits for all processes mediated by b --> s tau tau are far from the SM predictions by four orders of magnitude, due to the experimental challenges of reconstructing tau-leptons that decay quickly and produce undetectable neutrinos. Consequently, the possibility of large NP-induced enhancements remains unchallenged. An upper limit for the B+ --> K+ tau tau decay mode has been set by the BaBar experiment, but it has never been searched for by any other experiment. In this work, the search for B+ --> K+ tau tau is performed in the context of the Belle and Belle II experiments. Due to the presence of up to four neutrinos (missing energy), the signal B candidate cannot be fully reconstructed. At a B factory, e+e- collisions produce Y(4S) which mostly decay into a pair of B-mesons, with a well-known initial state. By fully reconstructing one of the B mesons and using its four-momentum, we can infer the properties of the other B-meson, which may decay into K+ tau tau. This technique, called B-tagging, effectively mitigates large background contributions in searches involving missing energy. The full reconstruction of hadronic B-mesons is done using Belle II's exclusive tagging algorithm, employing a network of boosted decision trees trained on Monte Carlo (MC). A significant discrepancy in B-tagging performance between MC and data has been observed, not only being a significant source of systematic uncertainty but also indicating a suboptimal training. To address this, a new control procedure, using B --> D pi decays without explicitly reconstructing D mesons, is introduced to calibrate the hadronic B-tagging. This provides large statistics, while having a high purity (in contrast to the traditional B --> X_cl nu), also enabling the study of how B decay modelling affects B-tagging performance. By implementing the corresponding corrections to the decay model, the agreement is significantly improved. Furthermore, retraining the B-tagging algorithm with the updated MC simulations increases the background rejection. It is important to note that these efforts and further improvements to the decay model obtained by measuring poorly known hadronic B-decays will lead to better performance of hadronic B-tagging, benefiting all future searches involving missing energy. After reconstructing the tagged B and the charged tracks from the signal side, events that contain a B+ --> K+ tau tau are expected to leave no extra energy in the electromagnetic calorimeter (E_ECL). Contamination from beam background photons and neutral clusters arising from hadronic split-off processes degrades the resolution of the E_ECL. On the other hand, the background mostly composed of semileptonic decays also has low E_ECL. To mitigate the resolution issue and optimise the separation from the background composed mostly of semileptonic B decays, a study of E_ECL is conducted using the control sample of B+ --> J/psi K+ decays. Finally, in the absence of a signal, an upper limit for the branching ratio of the B+ --> K+ tau tau is derived using combined datasets of Belle and Belle II MC simulations.Ces dernières années, des déviations par rapport au modèle standard (MS) ont été observées dans les désintégrations semi leptoniques des mésons B, notamment dans l'universalité de la saveur leptonique dans les transitions b --> sll et b --> c tau nu. Cela a rapidement suscité un intérêt considérable dans la communauté de la physique des saveurs : cet ensemble d'anomalies peut s'expliquer par des scénarios de la nouvelle physique (NP) qui prévoient aussi de larges augmentations dans la troisième génération de leptons par rapport aux deux premières, comme dans la transition b --> s tau tau, en particulier lorsque le couplage NP est proportionnel au carré de la masse du lepton. En raison des défis expérimentaux dans la reconstruction des leptons tau qui produisent des neutrinos indétectables, la seule limite supérieure existante, pour le mode de désintégration B+ --> K+ tau tau par l'expérience Babar, est très loin de la prédiction du MS et une vaste région reste à explorer. Dans ce travail, la recherche du mode B+ --> K+ tau tau est effectuée dans le contexte des expériences Belle et Belle II. En raison de la présence de quatre neutrinos (énergie manquante), le signal B candidat ne peut pas être entièrement reconstruit. Dans une usine à B, les collisions e+e- produisent des Y(4S) qui se désintègrent principalement en une paire de mésons B, avec un état initial bien défini. En reconstruisant entièrement l'un des mésons B, nous pouvons déduire les propriétés de l'autre méson B. Cette technique, appelée étiquetage du B, permet de supprimer efficacement les larges contributions du bruit de fond dans les recherches impliquant l'énergie manquante. La reconstruction complète des mésons B hadroniques est effectuée à l'aide d'un algorithme de Belle II, qui utilise un réseau d'arbres de décision boostés entraînés avec le Monte Carlo (MC). On observe un écart important dans les performances de l'étiquetage des B entre le MC et les données, ce qui constitue non seulement une source importante d'incertitude systématique, mais indique également un entraînement sous-optimal. Pour y remédier, une nouvelle procédure de contrôle, utilisant les désintégrations B --> D pi sans reconstruire explicitement les mésons D, est introduite pour calibrer l'étiquetage des B hadroniques. Cela permet d'obtenir une large statistique, tout en obtenant une grande pureté (contrairement à la procédure traditionnelle B --> X_c l nu), et permet également d'étudier comment la modélisation de la désintégration du B affecte les performances de l'étiquetage du B. En appliquant des corrections aux modèles de désintégration, l'accord est considérablement amélioré. En outre, un nouvel entraînement de l'algorithme d'étiquetage des B à l'aide des simulations MC mises à jour permet d'améliorer le rejet du bruit de fond. Il est important de noter que ces efforts et d'autres améliorations du modèle de désintégration en mesurant les désintégrations hadroniques moins connues des mésons B conduiront à une meilleure performance de l'étiquetage hadronique du B, et ainsi profitera à toutes les recherches futures des modes avec énergie manquante. Après avoir reconstruit le B étiqueté et les traces chargées du signal, les événements qui contiennent un B+ --> K+ tau tau ne laissent pas d'énergie supplémentaire dans le calorimètre électromagnétique (E_ECL). La contamination par les photons du bruit de fond du faisceau et les amas neutres provenant des processus hadroniques dégradent la résolution du E_ECL. Pour atténuer ce problème et optimiser la séparation avec le bruit de fond composé principalement de désintégrations B semi leptoniques, une étude du E_ECL est menée en utilisant l'échantillon de contrôle des désintégrations B+ --> J/psi K+. Enfin, en l'absence de signal, une limite supérieure pour le rapport d'embranchement des désintégrations B+ --> K+ tau tau est estimée en utilisant les données combinées des simulations MC de Belle et Belle II

Recherche de la désintégration B⁺ en K⁺ tau⁺ tau⁻ dans les expériences Belle et Belle II

Ces dernières années, des déviations par rapport au modèle standard (MS) ont été observées dans les désintégrations semi leptoniques des mésons B, notamment dans l'universalité de la saveur leptonique dans les transitions b --> sll et b --> c tau nu. Cela a rapidement suscité un intérêt considérable dans la communauté de la physique des saveurs : cet ensemble d'anomalies peut s'expliquer par des scénarios de la nouvelle physique (NP) qui prévoient aussi de larges augmentations dans la troisième génération de leptons par rapport aux deux premières, comme dans la transition b --> s tau tau, en particulier lorsque le couplage NP est proportionnel au carré de la masse du lepton. En raison des défis expérimentaux dans la reconstruction des leptons tau qui produisent des neutrinos indétectables, la seule limite supérieure existante, pour le mode de désintégration B+ --> K+ tau tau par l'expérience Babar, est très loin de la prédiction du MS et une vaste région reste à explorer. Dans ce travail, la recherche du mode B+ --> K+ tau tau est effectuée dans le contexte des expériences Belle et Belle II. En raison de la présence de quatre neutrinos (énergie manquante), le signal B candidat ne peut pas être entièrement reconstruit. Dans une usine à B, les collisions e+e- produisent des Y(4S) qui se désintègrent principalement en une paire de mésons B, avec un état initial bien défini. En reconstruisant entièrement l'un des mésons B, nous pouvons déduire les propriétés de l'autre méson B. Cette technique, appelée étiquetage du B, permet de supprimer efficacement les larges contributions du bruit de fond dans les recherches impliquant l'énergie manquante. La reconstruction complète des mésons B hadroniques est effectuée à l'aide d'un algorithme de Belle II, qui utilise un réseau d'arbres de décision boostés entraînés avec le Monte Carlo (MC). On observe un écart important dans les performances de l'étiquetage des B entre le MC et les données, ce qui constitue non seulement une source importante d'incertitude systématique, mais indique également un entraînement sous-optimal. Pour y remédier, une nouvelle procédure de contrôle, utilisant les désintégrations B --> D pi sans reconstruire explicitement les mésons D, est introduite pour calibrer l'étiquetage des B hadroniques. Cela permet d'obtenir une large statistique, tout en obtenant une grande pureté (contrairement à la procédure traditionnelle B --> X_c l nu), et permet également d'étudier comment la modélisation de la désintégration du B affecte les performances de l'étiquetage du B. En appliquant des corrections aux modèles de désintégration, l'accord est considérablement amélioré. En outre, un nouvel entraînement de l'algorithme d'étiquetage des B à l'aide des simulations MC mises à jour permet d'améliorer le rejet du bruit de fond. Il est important de noter que ces efforts et d'autres améliorations du modèle de désintégration en mesurant les désintégrations hadroniques moins connues des mésons B conduiront à une meilleure performance de l'étiquetage hadronique du B, et ainsi profitera à toutes les recherches futures des modes avec énergie manquante. Après avoir reconstruit le B étiqueté et les traces chargées du signal, les événements qui contiennent un B+ --> K+ tau tau ne laissent pas d'énergie supplémentaire dans le calorimètre électromagnétique (E_ECL). La contamination par les photons du bruit de fond du faisceau et les amas neutres provenant des processus hadroniques dégradent la résolution du E_ECL. Pour atténuer ce problème et optimiser la séparation avec le bruit de fond composé principalement de désintégrations B semi leptoniques, une étude du E_ECL est menée en utilisant l'échantillon de contrôle des désintégrations B+ --> J/psi K+. Enfin, en l'absence de signal, une limite supérieure pour le rapport d'embranchement des désintégrations B+ --> K+ tau tau est estimée en utilisant les données combinées des simulations MC de Belle et Belle II.In recent years, some deviations from the Standard Model (SM) have been observed in semileptonic B-meson decays, such as departures from lepton flavour universality in the b --> sll and b --> c tau nu transitions quantified by the R(K(*)) and R(D(*)) ratios. This generated a considerable interest in the flavour physics community: the pattern of anomalies could be explained by New Physics (NP) scenarios predicting large enhancements in the third generation of leptons compared to the first two, as in the b --> s tau tau transition, especially when the NP coupling is proportional to the square of the lepton mass. The current limits for all processes mediated by b --> s tau tau are far from the SM predictions by four orders of magnitude, due to the experimental challenges of reconstructing tau-leptons that decay quickly and produce undetectable neutrinos. Consequently, the possibility of large NP-induced enhancements remains unchallenged. An upper limit for the B+ --> K+ tau tau decay mode has been set by the BaBar experiment, but it has never been searched for by any other experiment. In this work, the search for B+ --> K+ tau tau is performed in the context of the Belle and Belle II experiments. Due to the presence of up to four neutrinos (missing energy), the signal B candidate cannot be fully reconstructed. At a B factory, e+e- collisions produce Y(4S) which mostly decay into a pair of B-mesons, with a well-known initial state. By fully reconstructing one of the B mesons and using its four-momentum, we can infer the properties of the other B-meson, which may decay into K+ tau tau. This technique, called B-tagging, effectively mitigates large background contributions in searches involving missing energy. The full reconstruction of hadronic B-mesons is done using Belle II's exclusive tagging algorithm, employing a network of boosted decision trees trained on Monte Carlo (MC). A significant discrepancy in B-tagging performance between MC and data has been observed, not only being a significant source of systematic uncertainty but also indicating a suboptimal training. To address this, a new control procedure, using B --> D pi decays without explicitly reconstructing D mesons, is introduced to calibrate the hadronic B-tagging. This provides large statistics, while having a high purity (in contrast to the traditional B --> X_cl nu), also enabling the study of how B decay modelling affects B-tagging performance. By implementing the corresponding corrections to the decay model, the agreement is significantly improved. Furthermore, retraining the B-tagging algorithm with the updated MC simulations increases the background rejection. It is important to note that these efforts and further improvements to the decay model obtained by measuring poorly known hadronic B-decays will lead to better performance of hadronic B-tagging, benefiting all future searches involving missing energy. After reconstructing the tagged B and the charged tracks from the signal side, events that contain a B+ --> K+ tau tau are expected to leave no extra energy in the electromagnetic calorimeter (E_ECL). Contamination from beam background photons and neutral clusters arising from hadronic split-off processes degrades the resolution of the E_ECL. On the other hand, the background mostly composed of semileptonic decays also has low E_ECL. To mitigate the resolution issue and optimise the separation from the background composed mostly of semileptonic B decays, a study of E_ECL is conducted using the control sample of B+ --> J/psi K+ decays. Finally, in the absence of a signal, an upper limit for the branching ratio of the B+ --> K+ tau tau is derived using combined datasets of Belle and Belle II MC simulations

Recherche de la désintégration B⁺ en K⁺ tau⁺ tau⁻ dans les expériences Belle et Belle II

In recent years, some deviations from the Standard Model (SM) have been observed in semileptonic B-meson decays, such as departures from lepton flavour universality in the b --> sll and b --> c tau nu transitions quantified by the R(K(*)) and R(D(*)) ratios. This generated a considerable interest in the flavour physics community: the pattern of anomalies could be explained by New Physics (NP) scenarios predicting large enhancements in the third generation of leptons compared to the first two, as in the b --> s tau tau transition, especially when the NP coupling is proportional to the square of the lepton mass. The current limits for all processes mediated by b --> s tau tau are far from the SM predictions by four orders of magnitude, due to the experimental challenges of reconstructing tau-leptons that decay quickly and produce undetectable neutrinos. Consequently, the possibility of large NP-induced enhancements remains unchallenged. An upper limit for the B+ --> K+ tau tau decay mode has been set by the BaBar experiment, but it has never been searched for by any other experiment. In this work, the search for B+ --> K+ tau tau is performed in the context of the Belle and Belle II experiments. Due to the presence of up to four neutrinos (missing energy), the signal B candidate cannot be fully reconstructed. At a B factory, e+e- collisions produce Y(4S) which mostly decay into a pair of B-mesons, with a well-known initial state. By fully reconstructing one of the B mesons and using its four-momentum, we can infer the properties of the other B-meson, which may decay into K+ tau tau. This technique, called B-tagging, effectively mitigates large background contributions in searches involving missing energy. The full reconstruction of hadronic B-mesons is done using Belle II's exclusive tagging algorithm, employing a network of boosted decision trees trained on Monte Carlo (MC). A significant discrepancy in B-tagging performance between MC and data has been observed, not only being a significant source of systematic uncertainty but also indicating a suboptimal training. To address this, a new control procedure, using B --> D pi decays without explicitly reconstructing D mesons, is introduced to calibrate the hadronic B-tagging. This provides large statistics, while having a high purity (in contrast to the traditional B --> X_cl nu), also enabling the study of how B decay modelling affects B-tagging performance. By implementing the corresponding corrections to the decay model, the agreement is significantly improved. Furthermore, retraining the B-tagging algorithm with the updated MC simulations increases the background rejection. It is important to note that these efforts and further improvements to the decay model obtained by measuring poorly known hadronic B-decays will lead to better performance of hadronic B-tagging, benefiting all future searches involving missing energy. After reconstructing the tagged B and the charged tracks from the signal side, events that contain a B+ --> K+ tau tau are expected to leave no extra energy in the electromagnetic calorimeter (E_ECL). Contamination from beam background photons and neutral clusters arising from hadronic split-off processes degrades the resolution of the E_ECL. On the other hand, the background mostly composed of semileptonic decays also has low E_ECL. To mitigate the resolution issue and optimise the separation from the background composed mostly of semileptonic B decays, a study of E_ECL is conducted using the control sample of B+ --> J/psi K+ decays. Finally, in the absence of a signal, an upper limit for the branching ratio of the B+ --> K+ tau tau is derived using combined datasets of Belle and Belle II MC simulations.Ces dernières années, des déviations par rapport au modèle standard (MS) ont été observées dans les désintégrations semi leptoniques des mésons B, notamment dans l'universalité de la saveur leptonique dans les transitions b --> sll et b --> c tau nu. Cela a rapidement suscité un intérêt considérable dans la communauté de la physique des saveurs : cet ensemble d'anomalies peut s'expliquer par des scénarios de la nouvelle physique (NP) qui prévoient aussi de larges augmentations dans la troisième génération de leptons par rapport aux deux premières, comme dans la transition b --> s tau tau, en particulier lorsque le couplage NP est proportionnel au carré de la masse du lepton. En raison des défis expérimentaux dans la reconstruction des leptons tau qui produisent des neutrinos indétectables, la seule limite supérieure existante, pour le mode de désintégration B+ --> K+ tau tau par l'expérience Babar, est très loin de la prédiction du MS et une vaste région reste à explorer. Dans ce travail, la recherche du mode B+ --> K+ tau tau est effectuée dans le contexte des expériences Belle et Belle II. En raison de la présence de quatre neutrinos (énergie manquante), le signal B candidat ne peut pas être entièrement reconstruit. Dans une usine à B, les collisions e+e- produisent des Y(4S) qui se désintègrent principalement en une paire de mésons B, avec un état initial bien défini. En reconstruisant entièrement l'un des mésons B, nous pouvons déduire les propriétés de l'autre méson B. Cette technique, appelée étiquetage du B, permet de supprimer efficacement les larges contributions du bruit de fond dans les recherches impliquant l'énergie manquante. La reconstruction complète des mésons B hadroniques est effectuée à l'aide d'un algorithme de Belle II, qui utilise un réseau d'arbres de décision boostés entraînés avec le Monte Carlo (MC). On observe un écart important dans les performances de l'étiquetage des B entre le MC et les données, ce qui constitue non seulement une source importante d'incertitude systématique, mais indique également un entraînement sous-optimal. Pour y remédier, une nouvelle procédure de contrôle, utilisant les désintégrations B --> D pi sans reconstruire explicitement les mésons D, est introduite pour calibrer l'étiquetage des B hadroniques. Cela permet d'obtenir une large statistique, tout en obtenant une grande pureté (contrairement à la procédure traditionnelle B --> X_c l nu), et permet également d'étudier comment la modélisation de la désintégration du B affecte les performances de l'étiquetage du B. En appliquant des corrections aux modèles de désintégration, l'accord est considérablement amélioré. En outre, un nouvel entraînement de l'algorithme d'étiquetage des B à l'aide des simulations MC mises à jour permet d'améliorer le rejet du bruit de fond. Il est important de noter que ces efforts et d'autres améliorations du modèle de désintégration en mesurant les désintégrations hadroniques moins connues des mésons B conduiront à une meilleure performance de l'étiquetage hadronique du B, et ainsi profitera à toutes les recherches futures des modes avec énergie manquante. Après avoir reconstruit le B étiqueté et les traces chargées du signal, les événements qui contiennent un B+ --> K+ tau tau ne laissent pas d'énergie supplémentaire dans le calorimètre électromagnétique (E_ECL). La contamination par les photons du bruit de fond du faisceau et les amas neutres provenant des processus hadroniques dégradent la résolution du E_ECL. Pour atténuer ce problème et optimiser la séparation avec le bruit de fond composé principalement de désintégrations B semi leptoniques, une étude du E_ECL est menée en utilisant l'échantillon de contrôle des désintégrations B+ --> J/psi K+. Enfin, en l'absence de signal, une limite supérieure pour le rapport d'embranchement des désintégrations B+ --> K+ tau tau est estimée en utilisant les données combinées des simulations MC de Belle et Belle II

Measurement of the Ωc0\Omega_c^0 lifetime at Belle II

We report on a measurement of the $\Omega_c^0$ lifetime using $\Omega_c^0 \to \Omega^-\pi^+$ decays reconstructed in $e^+e^-\to c\bar{c}$ data collected by the Belle II experiment and corresponding to $207~{\rm fb^{-1}}$ of integrated luminosity. The result, $\rm\tau(\Omega_c^0)=243\pm48( stat)\pm11(syst)~fs$, agrees with recent measurements indicating that the $\Omega_c^0$ is not the shortest-lived weakly decaying charmed baryon

Measurement of the Ωc0\Omega_c^0 lifetime at Belle II

We report on a measurement of the $\Omega_c^0$ lifetime using $\Omega_c^0 \to \Omega^-\pi^+$ decays reconstructed in $e^+e^-\to c\bar{c}$ data collected by the Belle II experiment and corresponding to $207~{\rm fb^{-1}}$ of integrated luminosity. The result, $\rm\tau(\Omega_c^0)=243\pm48( stat)\pm11(syst)~fs$, agrees with recent measurements indicating that the $\Omega_c^0$ is not the shortest-lived weakly decaying charmed baryon

Measurement of the Ωc0\Omega_c^0 lifetime at Belle II

We report on a measurement of the $\Omega_c^0$ lifetime using $\Omega_c^0 \to \Omega^-\pi^+$ decays reconstructed in $e^+e^-\to c\bar{c}$ data collected by the Belle II experiment and corresponding to $207~{\rm fb^{-1}}$ of integrated luminosity. The result, $\rm\tau(\Omega_c^0)=243\pm48( stat)\pm11(syst)~fs$, agrees with recent measurements indicating that the $\Omega_c^0$ is not the shortest-lived weakly decaying charmed baryon

Test of light-lepton universality in τ\tau decays with the Belle II experiment

International audienceWe present a measurement of the ratio $R_\mu = \mathcal{B}(\tau^-\to \mu^-\bar\nu_\mu\nu_\tau) / \mathcal{B}(\tau^-\to e^-\bar\nu_e\nu_\tau)$ of branching fractions $\mathcal{B}$ of the $\tau$ lepton decaying to muons or electrons using data collected with the Belle II detector at the SuperKEKB $e^+e^-$ collider. The sample has an integrated luminosity of 362 fb$^{-1}$ at a centre-of-mass energy of 10.58 GeV. Using an optimised event selection, a binned maximum likelihood fit is performed using the momentum spectra of the electron and muon candidates. The result, $R_\mu = 0.9675 \pm 0.0007 \pm 0.0036$, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic, is the most precise to date. It provides a stringent test of the light-lepton universality, translating to a ratio of the couplings of the muon and electron to the $W$ boson in $\tau$ decays of $0.9974 \pm 0.0019$, in agreement with the standard model expectation of unity