CMS Ddneyinde B_s^0→μμ ̅ efektif yaşam ömrü ve dallanma oranının ölçülmesi ve B^0→μμ ̅  bozunumunun incelenmesi
Measurement of B_s^0→μμ ̅ branching fraction and effective lifetime and search for B^0→μμ ̅ decay
Yazar: ÖZLEM ÖZÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ FERHAT ÖZOK ; DOÇ. DR. ELİF ASLI YETKİN
Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
$B \to \mu \bar{\mu}$ bozunumları için elde edilen sonuçlar verilmektedir. Bu analiz, LHC'deki CMS deneyinde, kütle merkezi enerjisi $\sqrt{s}=7$ TeV, 8 TeV ve 13 TeV olan proton-proton carpışmalarında elde edilen verilerle yürütülmüştür. Dallanma oranları, $B^{+}\to J/\psi \phi K^+$ normalizasyon kanalı kullanılarak elde edilmiştir. $B \to \mu \bar{\mu}$ bozunumu, 5.6 standart sapma değeriyle gözlenmiştir. Bu şekilde, dallanma oranı $\mathcal{B}(B^0_{s}\to \mu^+\mu^-) = [2.9 \pm 0.7 \text{ (exp)} \pm 0.2 (f_s/f_u)]\times10^{−9}$ olarak ölçülmüştür. İlk belirsizlik, sistematik ve istatistiki hataların toplamından oluşurken, ikinci belirsizlik $B^0_{s}$ ve $B^+$ parçalanma oranı üzerindeki hatadır. $B^0 \to \mu \bar{\mu}$ bozunumu için bir kanıt bulunamamış, bu nedenle \%95 güvenilirlik düzeyinde, $\mathcal{B}(B^0\to \mu^+\mu^-) < 3.6 \times 10^{-10}$ şeklinde bir üst limit konulmuştur. Bunun dışında CMS'te ilk defa $B^0_{s}\to \mu^+\mu^-$ efektif yaşam ömrü ölçülmüş ve $\tau_{\mu^+\mu^-} =1.70^{+0.61}_{-0.44}$ ps bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar Standart Model ile uyumludur. Analizin yüksek ışıklılık (HL-LHC) dönemindeki hassasiyeti de incelenmiştir. Geliştirilen CMS dedektörüyle beraber momentum çözünürlüğünün artması ve öngörülen 3000 $\text{fb}^{-1}$ luminosite değeri sayesinde, ileride $B^0_{s}\to \mu^+\mu^-$ efektif yaşam ömrü oldukça hassas bir şekilde ölçülebilecek ve $B^0\to \mu^+\mu^-$ bozunumu 5$\sigma$ önemle gözlenebilecektir.

Abstract:
Results on $B \to \mu \bar{\mu}$ decays are reported. This analysis uses data collected in proton-proton collisions at center-of-mass energy $\sqrt{s}=7, 8$ and 13 TeV with CMS experiment at LHC. Branching fraction is measured relative to a normalization channel of $B^{+}\to J/\psi \phi K^+$. The decay of $B \to \mu \bar{\mu}$ is observed with a significance of 5.6 standard deviations. The branching fraction is measured to be $\mathcal{B}(B^0_{s}\to \mu^+\mu^-) = [2.9 \pm 0.7 \text{ (exp)} \pm 0.2 (f_s/f_u)]\times10^{−9}$. The first uncertainty is the combination of systematic and statistical errors while second uncertainty refers to the uncertainty in the ratio of $B^0_{s}$ and $B^+$ fragmentation fractions. No evidence for the decay is found and the upper limit of $\mathcal{B}(B^0\to \mu^+\mu^-) < 3.6 \times 10^{-10}$ is set at 95\% confidence level. $B^0_{s}\to \mu^+\mu^-$ effective lifetime is measured for the first time at CMS and found to be $\tau_{\mu^+\mu^-} =1.70^{+0.61}_{-0.44}$ ps. All results are consistent with Standard Model predictions. The sensitivity of the analysis at the HL-LHC era is also studied. The upgraded CMS detector with improved momentum resolutions and the integrated lumiosity of 3000 $\text{fb}^{-1}$ are expected to enable the measurement of $B^0_{s}\to \mu^+\mu^-$ effective lifetime with high precision and to observe $B^0\to \mu^+\mu^-$ with significance more than 5$\sigma$.