Study of semitauonic and semimuonic $\Lambda_b^0 \rightarrow \Lambda_c^{*+}l^-\bar \nu_l$ decays at LHCb

In questa tesi sono stati investigati i decadimenti $\Lambda_b^0 \rightarrow \Lambda_c^{*+}\tau^-\bar \nu_\tau$ and $\Lambda_b^0 \rightarrow \Lambda_c^{*+}\mu^-\bar \nu_\mu$. In particolare, è stata eseguita la prima misura del rapporto $R(\Lambda_c^{*}) =\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \rightarrow \Lambda_c^{*+}\tau^-\bar \nu_\tau)/\mathcal{B}(\Lambda_b^0 \rightarrow \Lambda_c^{*+}\mu^-\bar \nu_\mu)$, utilizzando i prodotti delle interazioni tra protoni che avvengono nell'acceleratore LHC. Il campione corrisponde a 2 fb$^{-1}$ di luminosità integrata, raccolti dal rivelatore LHCb nel 2012. Sono stati ricostruiti soltanto gli stati eccitati $\Lambda_c^{+}(2625)$ ,dove $\Lambda_c^{*+} \rightarrow \Lambda_c^{+}(\rightarrow pK^{-}\pi^+)\pi^+\pi^-$ e $\tau^- \rightarrow \mu^-\bar\nu_\mu \nu_\tau$. Questa misura è di grande interesse al fine di confermare o confutare le discrepanze rispetto al Modello Standard individuate in analoghe misure eseguite su decadimenti adronici. Inoltre, questa è la prima misura focalizzata su decadimenti barionici. Il rapporto è misurato fittando l'output della distribuzione di una rete neurale applicata ai dati, basata sulla missing mass square, l'energia del leptone nel centro di massa della $\Lambda_b^0$ e sull'output di un discriminante di Fisher costruito usando le informazioni del vertice di decadimento della $\Lambda_b^0$ . Il fit è stato eseguito simultanemente in intervalli di impulso trasferito e della variabile di isolamento. Quest ultima permette di selezionare un campione arricchito di decadimenti doppio charmed della $\Lambda_b^0$ . $R(\Lambda_c(2625))$ è risultato essere consistente con le aspettazione del Standard Model e ($R_{exp}(\Lambda_c(2625))=0.151\pm0.014$) ed uguale a \begin{displaymath} R(\Lambda_c(2625)) = 0.238 \pm 0.108(stat) \pm 0.058(syst) \end{displaymath} Tuttavia, al momento questa misura è dominata dall'errore statistico. Il run II di LHC produrrà almeno 5 fb$^{-1}$ di luminosità integrata e ciò permetterà di ottenere un errore statistico competitivo con il sistematico, assumento di eseguire la misura nella stessa configurazione. Inoltre, usandoil risultato del fit è stato determinato il rapporto di decadimento differenziale $(1/\Gamma) d\Gamma/dq^2(\Lambda_b \rightarrow \Lambda_c^*\mu\bar\nu_\mu)$, considerando l'unfolding dello spettro per la risoluzione in $q^2$ e la selezione in efficienza. Infine, in questa tesi è presentato un nuovo modo di determinare l'impulso degli adroni contenenti quark b in un decadimento semileptonico di quest ultimo ad un collisore adronico. Infatti, in tale ambiente, a causa della presenza di uno o più neutrini, della sconosciuta energia di collisione tra i partoni interagenti e del caotico ambiente adronico, non è possibile ricostruire l'impulso dell'adrone nel laboratorio utilizzando le particelle in cui decade. Come conseguenza, la cinematica del decadimento può essere conosciuta soltanto con una doppia ambiguità. Per risolvere il problema, in questa tesi è presentato un nuovo metodo basato su un algoritmo di regressione multivariato, sviluppato per sfruttare le informazioni che possono essere estratte dalla direzione di volo dell'adorne stesso. La migliorata risoluzione potrebbe essere sfruttata per misurare la larghezza di decadimento differenziale $d\Gamma(H_b\to H\mu\bar\nu_\mu)/dq^2$ con alta precisione, in quanto comporterebbe minore migrazione tra intervalli in $q^2$