Precise measurements of charmed baryon properties with the LHCb detector at the LHC

Mesures précises des propriétés des baryons charmés avec le détecteur LHCb au LHC La polarisation des baryons charmés n'est pas prédite par la théorie et constitue une donnée nécessaire pour la mesure du moment dipolaire magnétique (MDM) des baryons charmés qui est prévue au LHC. Elle a été mesurée pour les baryons étranges (Lambda) et beaux (Lambda_b) dans différents systèmes de collision, mais aucune mesure n'existe à ce jour pour les baryons charmés. Dans cette thèse, la polarisation du baryon Lambda_c est mesurée au moyen d'une analyse d'amplitude à cinq dimensions de la désintégration faible à trois corps Lc->pKpi pour des Lc produits dans des collisions pp à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse.La désintégration Lc->pKpi passe par des états résonants intermédiaires qui interfèrent entre eux et qui doivent être inclus dans l'amplitude. Tout d'abord, les équations décrivant l'amplitude de cette désintégration à trois corps ont été dérivées dans le cadre du formalisme d’hélicité. La polarisation est prise en compte au moyen de la matrice de densité de spin et les états résonants intermédiaires sont décrits à l'aide du modèle isobare. Ce travail a permis de mieux comprendre les amplitudes d'hélicité et peut être facilement étendu à d'autres désintégrations baryoniques à trois corps comportant des particules avec spin dans l'état final.Ensuite, les amplitudes d'hélicité obtenues sont utilisées pour décrire les données collectées par le détecteur LHCb au CERN en 2016 (Run 2), correspondant à une luminosité intégrée de 1,7 fb^-1. Comme la polarisation dépend du mécanisme de production impliqué, il est important de séparer les Lc produits directement après les collisions pp via des interactions fortes (production dite « prompt »), des Lc produits via une désintégration faible d'autres baryons (production secondaire) ; dans cette analyse, les Lc « prompt » sont étudiés. La désintégration Lc->pKpi, avec un rapport d'embranchement de 6,28 +- 0,32 %, est le mode de désintégration de Lc le plus abondant et l'échantillon de données final, après l'optimisation de la chaîne de sélection, contient environ ~500 000 événements de signal ; la pureté du signal est de ~97 % et la contamination due aux Lc venant de B est inférieure à 2 %. Les paramètres d'asymétrie, qui sont des combinaisons des couplages d'hélicité contenus dans l'amplitude, sont également mesurés ainsi que les contributions individuelles des résonances à l'amplitude totale. Les résultats de l'analyse en amplitude de la désintégration Lc->pKpi seront utilisés pour mesurer la polarisation des Lc produits dans des collisions proton-gaz (pNe), en utilisant un échantillon de données collectées par le détecteur LHCb en 2017, à une énergie de 68 GeV dans le centre de masse.La prochaine phase d'acquisition de données, prévue en 2022, verra une augmentation du taux de collision d'un facteur 5 à LHCb. Un nouveau détecteur, appelé PLUME, a été conçu pour effectuer une mesure de luminosité dans les nouvelles conditions de fonctionnement. Dans cette thèse, l'électronique frontale du calorimètre de LHCb a été testée pour prouver qu'elle est adaptée aux besoins du détecteur PLUME et elle est maintenant l'électronique de base pour PLUME. Enfin, une mesure du décalage de l'horloge de LHCb à l'aide du détecteur PLUME est proposée. L'horloge de LHCb peut être désynchronisée de l'horloge principale du LHC ; un décalage allant jusqu'à 1 ns a été mesuré pendant les Run 1 et 2, en utilisant le Outer Tracker (OT), avec une résolution temporelle de 0,5 ns. Au cours du Run 3, l'OT sera supprimé et LHCb collectera des données à 40 MHz avec un nouveau schéma de déclenchement entièrement « software ». Des conditions de fonctionnement stables sont essentielles pour qu'un tel schéma fonctionne, et le décalage de l'horloge pourrait avoir un impact important sur les performances du détecteur LHCb. PLUME pourrait être utilisé pour surveiller le décalage de l'horloge du LHCb. Dans cette thèse, la faisabilité de la mesure du décalage en temps est étudiée.