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:book: My bachelor thesis at the University of Firenze
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# Bachelor Thesis
_Report number_ : [CERN-THESIS-2017-496](https://cds.cern.ch/record/2826211)
## Title
- [ENG] _Study of the charmonium resonances in $B^+ \to p \bar{p} K^+$ and $B^+ \to p \bar{p} \gamma K^+$ decays with the LHCb experiment at CERN_
- [ITA] _Studio delle risonanze di stati di charmonium nei decadimenti $B^+ \to p \bar{p} K^+$ e $B^+ \to p \bar{p} \gamma K^+$ con l'esperimento LHCb al CERN_
## Info
- **Supervisor:** Lucio Anderlini – [email protected]
- **Co-supervisor:** Giuseppe Latino – [email protected]
- **Graduation day:** September 20, 2017
- **Graduation score:** 110/110
## Abstract
Gli stati di _quarkonium_, formati dalla combinazione quark-antiquark ($q\bar{q}$), sono descritti nel Modello Standard. Lo spettro energetico delineato dalla cromodinamica quantistica (QCD) è caratterizzato da stati che si differenziano per massa, larghezza e numeri quantici, quali momento angolare, parità $P$ e parità $C$.
Il lavoro di questa tesi si è quindi focalizzato sullo studio del _charmonium_, cioè il sistema $c\bar{c}$, prodotto nel decadimento del mesone $B^+$. I dati analizzati sono stati raccolti nel corso del 2015 e del 2016 dall'esperimento LHCb del CERN, uno spettrometro di massa in avanti dedicato alla fisica dei quark $b$ e $c$.
Lo studio del canale di decadimento $B^+ \to (c \bar{c}) K^+$ con $c \bar{c} \to p \bar{p}$ permette di distinguere vari stati di _charmonium_. La selezione del decadimento $B^+ \to p\bar{p} K^+$ è stata ottimizzata studiando la distribuzione della massa invariante della combinazione $p\bar{p} K^+$ a cui è seguita la sottrazione del fondo combinatorio grazia alla tecnica statistica $s\mathcal{P}$lot.
L'analisi della distribuzione in massa invariante $p\bar{p}$ del campione selezionato mette in evidenza eccessi compatibili con gli stati $\eta_c$, $J/\psi$, $\chi_{c0}$, $\chi_{c1}$, $\chi_{c2}$ e $\psi(2S)$.
I valori di massa e larghezza ottenuti dalla parametrizzazione della distribuzione sono compatibili con le medie mondiali [[1](https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/40/10/100001)] e confermano, con un campione di dati indipendente, l'osservazione del decadimento $\eta_c(2S) \to p\bar{p}$ recentemente riportata dalla collaborazione LHCb [[2](https://doi.org/10.1016/j.physletb.2017.03.046)].
Ad oggi, la produzione dello stato $h_c$ nel decadimento di adroni-$b$ non è mai stata osservata, nonostante ne esistano alcune indicazioni.
Nel lavoro di tesi si è affrontata la ricerca del canale $B^+ \to h_c K^+$ con $h_c \to \eta_c \gamma$ e $\eta_c \to p \bar{p}$, affiancato dal canale di controllo $B^+ \to \chi_{c1} K^+$ con $\chi_{c1} \to J/\psi \gamma$ e $J/\psi \to p \bar{p}$.
La parità $C$ garantisce che le due catene di decadimento rimangano separate, permettendo di distinguere lo stato $h_c$ da $\chi_{c1}$ che, con una differenza in massa di pochi MeV, risulterebbero altrimenti sovrapposti.
La catena di decadimento $B^+ \to \chi_{c1} K^+$ con $\chi_{c1} \to J/\psi \gamma$ e $J/\psi \to p \bar{p}$ è stata messa in evidenza per prima volta ad LHCb, mentre non si è osservato segnale per il decadimento $B^+ \to h_c K^+$.
Si è quindi inoltrata una richiesta ufficiale di produzione Monte Carlo indispensabile per il calcolo delle efficienze di entrambi i canali e per migliorare la strategia di selezione con l'applicazione di tecniche di analisi multivariata, in vista di un'estensione ad un campione più ampio.
### References
1. Particle Data Group, C. Patrignani _et al._, _Review of particle physics_, [Chin. Phys. **C40** (2016) 100001](https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/40/10/100001)
2. Collaborazione LHCb, R. Aaij _et al._, _Observation of $\eta_{c}(2S) \to p \bar{p}$ and search for $X(3872) \to p \bar{p}$ decays_, [Phys. Lett. **B769** (2017) 305](https://doi.org/10.1016/j.physletb.2017.03.046)
## Cite me
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> M. Barbetti, **Studio delle risonanze di stati di charmonium nei decadimenti $B^+ \to p \bar{p} K^+$ e $B^+ \to p \bar{p} \gamma K^+$ con l'esperimento LHCb al CERN**, Bachelor's thesis, University of Florence, 2017
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@bachelorsthesis{Barbetti:2826211,
author = "Barbetti, Matteo",
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decadimenti $B^+ \to p \bar{p} K^+$ e $B^+ \to p \bar{p}
\gamma K^+$ con l'esperimento LHCb al CERN}",
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year = "2017",
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