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

Il lavoro di tesi svolto è un approfondimento di fisica adronica incentrato sullo studio degli stati di charmonium e delle relative tecniche sperimentali di rivelazione e analisi. Grazie ad un finanziamento bandito dall’Università di Firenze, ottenuto tramite concorso pubblico, ho trascorso parte del periodo di tesi presso l’esperimento LHCb al CERN occupandomi, oltre che dell’analisi dati, della caratterizzazione di sistemi di reti rilevanti per l’upgrade di LHCb che sarà installato a partire dal 2019. L’attività di analisi dati è stata favorita dalle risorse informatiche offerte dal CERN e si è conclusa con una presentazione al physics working group dedicato allo studio degli stati di quarkonium. In quel contesto, ho richiesto ed ottenuto l’approvazione per la produzione di campioni di dati simulati necessari a completare l’analisi. Nel corso del lavoro di tesi, ho avuto l’opportunità di familiarizzare con pacchetti software ampiamente utilizzati in ambito scientifico, quali git, ROOT e Python; ho trascorso alcune giornate nella sala di controllo dell’esperimento durante la presa-dati, oltre ad aver presentato e discusso lo stato del mio lavoro con esperti italiani e stranieri. La presente tesi è incentrata sull’attività di analisi dei canali di decadimento $B^{+} \to p\bar{p}K^{+}$ e $B^{+} \to p\bar{p}\gamma K^{+}$ che presentano contributi risonanti dovuti a diversi stati di charmonium. Nel capitolo 1 è riportata una breve introduzione al Modello Standard con particolare attenzione alle sue simmetrie e alle implicazioni delle regole di conservazione che ne derivano nel contesto della teoria del quarkonium. Il capitolo 2 è invece dedicato alla descrizione di LHC e dell’apparato sperimentale di LHCb. Nel capitolo 3 è sviluppata l’analisi del decadimento $B^{+} \to \left ( c\bar{c} \right )K^{+}$ con $\left ( c\bar{c} \right ) \to p\bar{p}$, effettuata per la prima volta sui dati raccolti a partire dal 2015, confermando alcuni dei risultati dell’analisi di Run 1 recentemente pubblicata. Infine, nel capitolo 4 sono descritti gli studi preliminari del canale di decadimento $B^{+} \to p\bar{p}\gamma K^{+}$ per la ricerca del canale $B^{+} \to h_{c}K^{+}$. La strategia di analisi e la sua implementazione sono contributi originali di questo lavoro di tesi. Il capitolo conclusivo è inoltre dedicato alle prospettive future per lo studio degli stati di charmonium ricostruiti in stati finali $p\bar{p}$ e $p\bar{p}\gamma $.