Thermal right-handed neutrino self-energy in the non-relativistic regime

Recently the issue of radiative corrections to leptogenesis has been raised. Considering the "strong washout" regime, in which OPE-techniques permit to streamline the setup, we report the thermal self-energy matrix of heavy right-handed neutrinos at NLO (resummed 2-loop level) in Standard Model couplings. The renormalized expression describes flavour transitions and "inclusive" decays of chemically decoupled right-handed neutrinos. Although CP-violation is not addressed, the result may find use in existing leptogenesis frameworks.

Light-quark and gluon jet discrimination in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector

A likelihood-based discriminant for the identification of quark- and gluon-initiated jets is built and validated using 4.7 fb−1 √ of proton–proton collision data at √s = 7 TeV collected with the ATLAS detector at the LHC. Data sampleswith enriched quark or gluon content are used in the construction and validation of templates of jet properties that are the input to the likelihood-based discriminant. The discriminating power of the jet tagger is established in both data and Monte Carlo samples within a systematic uncertainty of ≈ 10–20 %. In data, light-quark jets can be tagged with an efficiency of ≈ 50% while achieving a gluon-jet mis-tag rate of ≈ 25% in a pT range between 40 GeV and 360 GeV for jets in the acceptance of the tracker. The rejection of gluon-jets found in the data is significantly below what is attainable using a Pythia 6Monte Carlo simulation, where gluon-jet mis-tag rates of 10% can be reached for a 50% selection efficiency of light-quark jets using the same jet properties.

Physics potential of a long-baseline neutrino oscillation experiment using a J-PARC neutrino beam and Hyper-Kamiokande

Hyper-Kamiokande will be a next generation underground water Cherenkov detector with a total (fiducial) mass of 0.99 (0.56) million metric tons, approximately 20 (25) times larger than that of Super-Kamiokande. One of the main goals of HyperKamiokande is the study of CP asymmetry in the lepton sector using accelerator neutrino and anti-neutrino beams. In this paper, the physics potential of a long baseline neutrino experiment using the Hyper-Kamiokande detector and a neutrino beam from the J-PARC proton synchrotron is presented. The analysis uses the framework and systematic uncertainties derived from the ongoing T2K experiment. With a total exposure of 7.5 MW × 10⁷ s integrated proton beam power (corresponding to 1.56 × 10²² protons on target with a 30 GeV proton beam) to a 2.5-degree off-axis neutrino beam, it is expected that the leptonic CP phase δCP can be determined to better than 19 degrees for all possible values of δCP , and CP violation can be established with a statistical significance of more than 3 σ (5 σ) for 76% (58%) of the δCP parameter space. Using both νe appearance and νµ disappearance data, the expected 1σ uncertainty of sin²θ₂₃ is 0.015(0.006) for sin²θ₂₃ = 0.5(0.45).

Neutrino interactions in the SAND LAr volume at the DUNE Near Detector site

The neutrino mass ordering and the leptonic CP violation phase are key parameters of the three-neutrino flavour mixing still to be determined. Measuring these parameters is the main goal of DUNE, a next generation Long Baseline neutrino experiment under construction in the United States. DUNE will feature a Near and a Far Detector site. An important component of the Near detector complex is the SAND apparatus, which will include GRAIN, a novel liquid Argon detector that aims at imaging neutrino interactions using scintillation light. For this purpose, an innovative optical readout system based on Coded Aperture Masks is under study. This thesis work is aimed at a first quantitative assessment of a 3D neutrino event reconstruction algorithm for GRAIN. The processing procedure is optimized and the reconstruction performance is evaluated. Promising results are obtained.

Search for the rare decay K(L)->pi(0)pi(0)gamma

The KTeV E799 experiment has conducted a search for the rare decay K(L)->pi(0)pi(0)gamma via the topology K(L)->pi(0)pi(0)(D)gamma (where pi(0)(D)->gamma e(+)e(-)). Because of Bose statistics of the pi(0) pair and the real nature of the photon, the K(L)->pi(0)pi(0)gamma decay is restricted to proceed at lowest order by the CP conserving direct emission (DE) of an E2 electric quadrupole photon. The rate of this decay is interesting theoretically since chiral perturbation theory predicts that this process vanishes at level O(p(4)). Therefore, this mode probes chiral perturbation theory at O(p(6)). In this paper we report a determination of an upper limit of 2.43x10(-7) (90% CL) for K(L)->pi(0)pi(0)gamma. This is approximately a factor of 20 lower than previous results.

Neutrinos and the Matter-Antimatters Asymmetry in the Universe

The discovery of neutrino oscillations provides a solid evidence for nonzero neutrino masses and leptonic mixing. The fact that neutrino masses are so tiny constitutes a puzzling problem in particle physics. From the theoretical viewpoint, the smallness of neutrino masses can be elegantly explained through the seesaw mechanism. Another challenging issue for particle physics and cosmology is the explanation of the matter-antimatter asymmetry observed in Nature. Among the viable mechanisms, leptogenesis is a simple and well-motivated framework. In this paper we briefly review these aspects, making emphasis on the possibility of linking neutrino physics to the cosmological bary asymmetry originated from leptogenesis.

Probing the scalar-pseudoscalar mixing in the 125 GeV Higgs particle with current data

LHC has found hints for a Higgs particle of 125 GeV. We investigate the possibility that such a particle is a mixture of scalar and pseudoscalar states. For definiteness, we concentrate on a two-Higgs doublet model with explicit CP violation and soft Z(2) violation. Including all Higgs production mechanisms, we determine the current constraints obtained by comparing h -> yy with h -> VV*, and comment on the information which can be gained by measurements of h -> b (b) over bar. We find bounds vertical bar s(2)vertical bar less than or similar to 0.83 at one sigma, where vertical bar s(2)vertical bar = 0 (vertical bar s(2)vertical bar = 1) corresponds to a pure scalar (pure pseudoscalar) state.

A light stop and electroweak baryogenesis

The possibility of creating baryon asymmetry at the electroweak phase transition in the minimal supersymmetric standard model is considered for the case when right-handed squarks are much lighter than left-handed ones. It is shown that the usual requirement upsilon(T-c)/T-c greater than or similar to 1 for baryogenesis can be satisfied in a range of the parameters of the model, consistent with present experimental bounds.

Enlarging the window for radiative leptogenesis

We investigate the scenario of resonant thermal leptogenesis, in which the leptonic asymmetries are generated through renormalization group corrections induced at the leptogenesis scale. In the framework of the standard model extended by three heavy Majorana neutrinos with masses M(1) = M(2) << M(3) at some high scale, we show that the mass splitting and CP-violating effects induced by renormalization group corrections can lead to values of the CP asymmetries large enough for a successful leptogenesis. In this scenario, the low-energy neutrino oscillation data can also be easily accommodated. The possibility of having an underlying symmetry behind the degeneracy in the right-handed neutrino mass spectrum is also discussed. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Experimental signatures of fermiophobic Higgs bosons

The most general Two Higgs Doublet Model potential without explicit CP violation depends on 10 real independent parameters. Excluding spontaneous CP violation results in two 7 parameter models. Although both models give rise to 5 scalar particles and 2 mixing angles, the resulting phenomenology of the scalar sectors is different. If flavour changing neutral currents at tree level are to be avoided, one has, in both cases, four alternative ways of introducing the fermion couplings. In one of these models the mixing angle of the CP even sector can be chosen in such a way that the fermion couplings to the lightest scalar Higgs boson vanishes. At the same time it is possible to suppress the fermion couplings to the charged and pseudo-scalar Higgs bosons by appropriately choosing the mixing angle of the CP odd sector. We investigate the phenomenology of both models in the fermiophobic limit and present the different branching ratios for the decays of the scalar particles. We use the present experimental results from the LEP collider to constrain the models.

Removing ambiguities in the neutrino mass matrix

We suggest that the weak-basis independent condition det(M-nu) = 0 for the effective neutrino mass matrix can be used in order to remove the ambiguities in the reconstruction of the neutrino mass matrix from input data available from present and future feasible experiments. In this framework, we study the full reconstruction of M-nu with special emphasis on the correlation between the Majorana CP-violating phase and the various mixing angles. The impact of the recent KamLAND results on the effective neutrino mass parameter is also briefly discussed. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Abelian realization of phenomenological two-zero neutrino textures

In an attempt at explaining the observed neutrino mass-squared differences and leptonic mixing, lepton mass matrices with zero textures have been widely studied. In the weak basis where the charged lepton mass matrix is diagonal, various neutrino mass matrices with two zeros have been shown to be consistent with the current experimental data. Using the canonical and Smith normal form methods, we construct the minimal Abelian symmetry realizations of these phenomenological two-zero neutrino textures. The implementation of these symmetries in the context of the seesaw mechanism for Majorana neutrino masses is also discussed. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier B.V.

BoBo mixing meseasurement at Belle using dilepton events tagged with a soft pion

L'expérience Belle, située dans le centre de recherche du KEK, au Japon, est consacrée principalement à l'étude de la violation de CP dans le système des mésons B. Elle est placée sur le collisionneur KEKB, qui produit des paires Banti-B. KEKB, l'une des deux « usines à B » actuellement en fonction, détient le record du nombre d'événements produits avec plus de 150 millions de paires. Cet échantillon permet des mesures d'une grande précision dans le domaine de la physique du méson B. C'est dans le cadre de ces mesures de précision que s'inscrit cette analyse. L'un des phénomènes remarquables de la physique des hautes énergies est la faculté qu'a l'interaction faible de coupler un méson neutre avec son anti-méson. Dans le présent travail, nous nous intéressons au méson B neutre couplé à l'anti-méson B neutre, avec une fréquence d'oscillation _md mesurable précisément. Outre la beauté de ce phénomène lui-même, une telle mesure trouve sa place dans la quête de l'origine de la violation de CP. Cette dernière n'est incluse que d'une façon peu satisfaisante dans le modèle standard des interactions électro-faibles. C'est donc la recherche de phénomènes physiques encore inexpliqués qui motive en premier lieu la collaboration Belle. Il existe déjà de nombreuses mesures de _md antérieures. Celle que nous présentons ici est cependant d'une précision encore jamais atteinte grâce, d'une part, à l'excellente performance de KEKB et, d'autre part, à une approche originale qui permet de réduire considérablement la contamination de la mesure par des événements indésirés. Cette approche fut déjà mise à profit par d'autres expériences, dans des conditions quelque peu différentes de celles de Belle. La méthode utilisée consiste à reconstruire partiellement l'un des mésons dans le canal ___D*(D0_)l_l, en n'utilisant que les informations relatives au lepton l et au pion _. L'information concernant l'autre méson de la paire Banti-B initiale n'est tirée que d'un seul lepton de haute énergie. Ainsi, l'échantillon à disposition ne souffre pas de grandes réductions dues à une reconstruction complète, tandis que la contamination due aux mésons B chargés, produits par KEKB en quantité égale aux B0, est fortement diminuée en comparaison d'une analyse inclusive. Nous obtenons finalement le résultat suivant : _md = 0.513±0.006±0.008 ps^-1, la première erreur étant l'erreur statistique et la deuxième, l'erreur systématique.<br/><br/>The Belle experiment is located in the KEK research centre (Japan) and is primarily devoted to the study of CP violation in the B meson sector. Belle is placed on the KEKB collider, one of the two currently running "B-meson factories", which produce Banti-B pairs. KEKB has created more than 150 million pairs in total, a world record for this kind of colliders. This large sample allows very precise measurements in the physics of beauty mesons. The present analysis falls within the framework of these precise measurements. One of the most remarkable phenomena in high-energy physics is the ability of weak interactions to couple a neutral meson to its anti-meson. In this work, we study the coupling of neutral B with neutral anti-B meson, which induces an oscillation of frequency _md we can measure accurately. Besides the interest of this phenomenon itself, this measurement plays an important role in the quest for the origin of CP violation. The standard model of electro-weak interactions does not include CP violation in a fully satisfactory way. The search for yet unexplained physical phenomena is, therefore, the main motivation of the Belle collaboration. Many measurements of _md have previously been performed. The present work, however, leads to a precision on _md that was never reached before. This is the result of the excellent performance of KEKB, and of an original approach that allows to considerably reduce background contamination of pertinent events. This approach was already successfully used by other collaborations, in slightly different conditions as here. The method we employed consists in the partial reconstruction of one of the B mesons through the decay channel ___D*(D0_)l_l, where only the information on the lepton l and the pion _ are used. The information on the other B meson of the initial Banti-B pair is extracted from a single high-energy lepton. The available sample of Banti-B pairs thus does not suffer from large reductions due to complete reconstruction, nor does it suffer of high charged B meson background, as in inclusive analyses. We finally obtain the following result: _md = 0.513±0.006±0.008 ps^-1, where the first error is statistical, and the second, systematical.<br/><br/>De quoi la matière est-elle constituée ? Comment tient-elle ensemble ? Ce sont là les questions auxquelles la recherche en physique des hautes énergies tente de répondre. Cette recherche est conduite à deux niveaux en constante interaction. D?une part, des modèles théoriques sont élaborés pour tenter de comprendre et de décrire les observations. Ces dernières, d?autre part, sont réalisées au moyen de collisions à haute énergie de particules élémentaires. C?est ainsi que l?on a pu mettre en évidence l?existence de quatre forces fondamentales et de 24 constituants élémentaires, classés en « quarks » et « leptons ». Il s?agit là de l?une des plus belles réussites du modèle en usage aujourd?hui, appelé « Modèle Standard ». Il est une observation fondamentale que le Modèle Standard peine cependant à expliquer, c?est la disparition quasi complète de l?anti-matière (le « négatif » de la matière). Au niveau fondamental, cela doit correspondre à une asymétrie entre particules (constituants de la matière) et antiparticules (constituants de l?anti-matière). On l?appelle l?asymétrie (ou violation) CP. Bien qu?incluse dans le Modèle Standard, cette asymétrie n?est que partiellement prise en compte, semble-t-il. En outre, son origine est inconnue. D?intenses recherches sont donc aujourd?hui entreprises pour mettre en lumière cette asymétrie. L?expérience Belle, au Japon, en est une des pionnières. Belle étudie en effet les phénomènes physiques liés à une famille de particules appelées les « mésons B », dont on sait qu?elles sont liées de près à l?asymétrie CP. C?est dans le cadre de cette recherche que se place cette thèse. Nous avons étudié une propriété remarquable du méson B neutre : l?oscillation de ce méson avec son anti-méson. Cette particule est de se désintégrer pour donner l?antiparticule associée. Il est clair que cette oscillation est rattachée à l?asymétrie CP. Nous avons ici déterminé avec une précision encore inégalée la fréquence de cette oscillation. La méthode utilisée consiste à caractériser une paire de mésons B à l?aide de leur désintégration comprenant un lepton chacun. Une plus grande précision est obtenue en recherchant également une particule appelée le pion, et qui provient de la désintégration d?un des mésons. Outre l?intérêt de ce phénomène oscillatoire en lui-même, cette mesure permet d?affiner, directement ou indirectement, le Modèle Standard. Elle pourra aussi, à terme, aider à élucider le mystère de l?asymétrie entre matière et anti-matière.

Analyse diagrammatique des désintégrations de type B vers PPP sans quarks charmés

Ce mémoire présente l’application de la méthode de décomposition en termes de diagrammes aux désintégrations de mésons B vers trois mésons de type pseudos- calaire ne comportant pas de quarks charmés. La décomposition diagrammatique des désintégrations de types B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π et B → πππ est effectuée de façon systématique. Il est démontré que lorsque l’on néglige les dia- grammes d’échanges et d’annihilations, dont les contributions sont estimées être petites, de nouvelles relations apparaissent entre les amplitudes. Ces relations sont de nouveaux tests du modèle standard qui ne peuvent être obtenus que par la méthode diagrammatique. Lorsque les données nécessaires sont disponibles, nous vérifions ces relations et obtenons un bon accord avec les données expérimentales. Nous démontrons également qu’il est possible d’utiliser le secteur B → Kππ pour mesurer la phase faible γ avec une incertitude théorique que nous estimons être de l’ordre de 5%. Les autres secteurs de désintégrations ne permettent d’extraire des phases faibles que si l’on invoque des approximations de précisions inconnues.