L'imagerie simultanée IRM-TEP ouvre de nouvelles perspectives pour l'exploration in vivo des fonctions cérébrales. Pour une quantification du signal de tomographie par émission de positons, il est indispensable de corriger l'atténuation tissulaire des photons. En l'absence de mesure tomodensitométrique en IRM-TEP, les cartes de radiodensité ne sont pas disponibles. Il est nécessaire de trouver une méthode fiable et exacte pour générer une carte d'atténuation du sujet à partir des données disponibles TEP ou IRM. Nous avons développé une technique qui génère une carte d'atténuation propre à un sujet par une approche multi-atlas (MaxProb). Cette approche utilise uniquement l'image IRM T1 du sujet, couramment acquise dans les protocoles cliniques et de recherche, ainsi qu'une base de données d'atlas.L'évaluation de MaxProb montre de très bonnes performances, le biais de quantification de l'image TEP étant réduit à moins de 2%. Cette évaluation pratiquée sur une acquisition dynamique TEP a en outre montré qu'une carte d'atténuation imparfaite , combinée à une distribution spatiale inhomogène du traceur au cours du temps, peut produire un biais non-constant des cinétiques TEP. Cela impacte les paramètres biologiques estimés par modélisation sur les cinétiques TEP. La méthode MaxProb n'est cependant pas affectée par ce phénomène. MaxProb fournit une quantification fiable des paramètres physiologiques estimés par modélisation même lorsque le cervelet est utilisé comme région de référence. Notre évaluation a aussi porté sur la reproduction par simulation d'une étude réaliste d'imagerie TEP d'une décharge dynamique d'un neurotransmetteur. Par rapport à la méthode de correction d'atténuation standard (UTE), MaxProb améliore la sensibilité de détection des variations physiologiques, même faibles. Ceci ouvre la voie à de nouveaux protocoles d'imagerie dynamique et simultanée en IRM-TEP, augmentant la puissance de détection, et réduisant les nombres de sujets nécessaires à la mise en évidence d'un phénomène neurophysiologique ou d'un dysfonctionnement physiopathologique / Simultaneous PET-MR imaging brings new perspectives for understanding many aspects of brain function. To achieve PET-MR’s full potential, accurate brain attenuation correction (AC) is required for absolute PET quantification. In PET-MR scanners, radiodensity maps are not directly available unlike in PET/CT, and the attenuation map has to be derived from the MR data (MRAC methods). In this thesis, I have developed a multi-atlas procedure that produces a subject-specific µ-map for brain imaging (MaxProb) via multiple registrations of CT-MR atlas pairs to an MR target. The solution proposed only requires a T1-weighted MRI of the subject, commonly acquired in clinical and research protocols, and a CT-MR atlas database. The MaxProb method permits generating pseudo-CT images for brain MRAC with high accuracy. Results obtained show very good performance of the method and a bias in reconstructed PET of less than 2%. I have also demonstrated for the first time that an inaccurate attenuation correction map, combined with inhomogeneous spatial tracer distribution as is regularly encountered in dynamic brain PET, can lead to a non-constant bias of the activity measure across time, and this can distort kinetic parameter estimation. MaxProb AC is not affected by this phenomenon. Accurate quantification is also achieved with MaxProb on physiological parameters estimated from kinetic modelling, even when cerebellum (surrounded by bone) is used as reference region: In a simulation study, I have shown that compared to a standard approach (UTE), MaxProb multi-atlas MRAC enhances sensitivity to detect physiological variations in binding parameters, opening the way for new dynamic PET studies on simultaneous PET-MR systems

Parmi les représentations animales gravées qui apparaissent en Afrique du Nord au cours de la Préhistoire, le bubale antique, omniprésent dans tout l'Atlas saharien tout au long du Néolithique, occupe une place prépondérante.Notre étude a porté sur 141 gravures du bubale antique, réparties dans les différents chaînons composant l’Atlas saharien dont 79 ont été étudiées par nous-même sur le terrain. Cette étude a permis de regrouper et d’analyser les données dispersées dans de multiples travaux, auxquelles se sont ajoutées nos découvertes qui ont enrichi l'inventaire et ont élargi la répartition spatiale de ces gravures. Cette richesse n'est pas seulement quantitative, elle est aussi qualitative. Il en ressort d'importantes variations stylistiques, thématiques et techniques permettant de mettre en lumière les écoles régionales et les influences sahariennes. Nos recherches ont permis une meilleure compréhension des traditions stylistiques et iconographiques de la figuration de cet animal et nous ont permis de mieux les situer dans leur contexte chronoculturel et géographique.Les représentations du bubale antique dont certaines formes élaborées participent à la définition de provinces culturelles, révèlent l'investissement et le choix des artistes au sein d'un bestiaire varié qui a été différemment représenté selon les régions et les écoles atlasiques. / Among the carved animal figures that appeared in North Africa during prehistory, the antique buffalo, omnipresent throughout the Saharan Atlas during the Neolithic, features prominently.Our study focused on 141 of these hartebeest engravings, spread over the various links constituting the Saharan Atlas of which 79 have been studied by us on the spot. This study consolidates and analyses data scattered in multiple works, to which are added our discoveries which have enriched the record and expanded the spatial distribution of these engravings. This wealth is not only quantitative, it is also qualitative. This important spring stylistic, thematic and technical highlights the regional schools and Saharan influences. Our research has allowed a better understanding of the stylistic and iconographic traditions of figuration of this animal and allowed us to situate them in their chrono-cultural and geographical context.The representations of the antique buffalo whose developed some forms, involved in defining cultural provinces, reveal the investment and the choice of artists in a varied bestiary that was represented differently depending on the region and atlasiques schools.

Le Modéle Standard (MS), actuelle théorie fondamentale de la physique des particules, fournit une description des particules élémentaires et de plusieurs interactions fondamentales : les forces électromagnétique, forte et faible. Au Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), des scientifiques du monde entier cherchent à com- prendre les lois fondamentales régissant l’Univers. LHC (Large Hadron Collider), pour les faire entrer en collision au centre des détecteurs et obtenir des indications quant à la manière dont les particules interagissent et ainsi appréhender les lois fondamentales de la nature. L’expérience ATLAS(roidalLhcApparatuS), couvre un large spectre de mesures physiques, incluant des mesures de précision du MS, la recherche du boson de Higgs, ou de trace de nouvelle physique. L’expérience CMS a un programme similaire. Les événements W+W−sont sélectionnés à partir de trois états finaux : ee, eµ, and µµ. Afin de réduire le bruit de fond, constitué principalement de processus Drell-Yan ou de paires t¯t, une coupure est appliquée sur l’énergie transverse manquante, et les événements contenant des jets hadroniques satisfaisant certains critères de sélection sont rejetés. Les principaux bruits de fonds résiduels, essentiellement des processus W+jets, top, Z+jets, sont estimés à l’aide de modèles établis à partir des données observées (méthodes data driven). Ces méthodes d’estimation sont validées en les comparants à d’autres méthodes indépendantes. La section efficace mesurée est 71.0+1.1−1.1(stat)+5.7−5.0(syst)+2.1−2.0(lumi) pb, en accord avec la prédiction NNLO du MS de 63.2+2.0−1.8pb. / The Standard Model (SM), actual fundamental theory for particle physics, provides a description of the elementary particles and the fundamental interactions: the electromagnetic, weak and strong forces. At the European Organization for Nuclear Research (CERN), physicists and engineers from all over the world are searching to understand the fundamental laws of the universe. It is at CERN that the world's largest and most sophisticated experimental instruments have been built, to accelerate particles at the energy of 3.5-4 TeV with the Large Hadron Collider (LHC). A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS), one of the four main detectors at LHC. In ATLAS, di-boson production is one of the most important electro-weak processes.The electro-weak sector of the SM, as well as the strong interactions, can be tested through the precision measurements of the $W^+W^-$ production cross section. A measurement of the $W+W-$ production cross section in 8 TeV center of mass proton-proton collisions is presented here from data collected with the ATLAS detector at the LHC for a total integrated luminosity of 20.3 fb^-1. The W+W- events are selected with 3 final states: ee, emu, and mumu. In order to suppress the background contamination, mainly from the Drell-Yan and ttbar processes, a cut on missing transverse energy is applied and events with hadronic jets satisfying appropriate selection criteria are rejected. The major backgrounds, mainly including W +jets, top and Z+jets, are estimated by data driven technique. The measured cross section is 71.0+1.1−1.1(stat)+5.7−5.0(syst)+2.1−2.0(lumi) pb, which is consistent with SM Next-to-Next-Leading-Order prediction of 63.2+2.0-1.8 pb.

Le LHC, qui est le collisionneur proton-proton le plus puissant du monde situé au CERN (Suisse), donne une occasion unique de pouvoir tester nos connaissances des interactions fondamentales à l'échelle du TeV. Au cours de cette thèse, deux projets ont été accomplis dans ce but. Tout d'abord, la mesure de la section efficace de production d'au moins deux photons dans l'état final (pp→γγ+X) a été réalisée à l'aide des données prises avec une énergie dans le centre de masse de 8 TeV par le détecteur ATLAS, qui est l'un des détecteurs polyvalents installé autour du LHC. Les photons sont des particules intéressantes pour tester la théorie de l'interaction forte (chromodynamique quantique ou QCD) car ils sont couplés aux quarks et aux gluons sans pour autant s'hadroniser, ce qui permet de pouvoir les mesurer avec une très bonne résolution. La mesure de leur taux de production au LHC permet de tester la QCD à la fois dans le domaine perturbatif et non-perturbatif. Elle est également sensible à l'émission de particules à basse énergie dans l'état initial, qui est un phénomène délicat à décrire d'un point de vue théorique à cause des divergences molles et collinéaires découlant de la QCD. Les incertitudes expérimentales ont été divisées par un facteur 2 ou plus comparé aux mesures réalisées précédemment au LHC ou au Tevatron (Fermilab, États-Unis) et la très bonne statistique des données d'ATLAS à 8 TeV a permis une augmentation significative à la fois de la résolution et de la portée de la mesure. En général, un bon accord est observé avec les prédictions théoriques. Le second projet réalisé au cours de la thèse est consacré à l'évaluation du potentiel de découverte relié à la mesure de la diffusion γγ au LHC (γγ→γγ). La diffusion γγ est un processus singulier car prédit uniquement via des fluctuations quantiques qui n'a jamais été observé directement. Il implique un terme de couplage à quatre photons, qui montre une sensibilité significative à une large gamme de modèles d'extension du modèle standard à haute énergie, tels que ceux prédisant l'existence de dimensions supplémentaires de l'espace pour résoudre le problème de hiérarchie. En tirant profit du flux important de photons venant des protons au LHC, je montre qu'il est possible de découvrir des couplages anomaux à quatre photons avec une sensibilité permettant de rivaliser avec certaines recherches directes. Enfin, j'ai eu l'occasion de tester la nouvelle puce SAMPIC qui vise à réaliser des mesures de temps de vol avec une précision de l'ordre de quelques picosecondes grâce à un échantillonnage rapide des signaux de détecteur. Les performances de SAMPIC ont été testées à partir de signaux gaussiens produits par un générateur et par des détecteurs soumis à des impulsions infrarouges. Dans ces conditions idéales, SAMPIC permet de réaliser des mesures de temps de vol avec une résolution de l'ordre de 4 (40) ps pour les signaux générés (de détecteurs). / The LHC, which is the most powerful proton-proton collider in the world located at CERN (Switzerland), brings unprecedented opportunities to test our knowledge of the fundamental interactions at the TeV scale. In this work, two main projects have been achieved for this purpose. First, the production cross section measurement of at least two photons in the final state (pp→γγ+X) is performed with data taken at a center-of-mass energy of 8 TeV by the ATLAS detector, which is one of the multipurpose detector installed around the LHC ring. Photons are interesting probes to test the theory of strong interactions (Quantum chromodynamics or QCD) since they couple significantly to quarks and gluons but do not hadronize and thus still allow to perform high resolution measurements. The measurement of their production rate at the LHC allows to test QCD in both the perturbative and the non-perturbative domain. It is also sensitive to the emission of soft particles in the initial-state, which is tricky to handle on the theory side due to the collinear and soft divergences arising in QCD. Experimental uncertainties have been reduced by a factor 2 or more with respect to the measurements performed previously at the LHC or at the Tevatron (Fermilab, USA) and the high statistics of the ATLAS data sample at 8 TeV allows to increase significantly both the reach and the resolution of the measurement. In general, a good agreement is observed with theoretical predictions. The second project achieved in this work is dedicated to the evaluation of the light-by-light scattering potential (LbyL, γγ→γγ) for new physics searches. LbyL is an intriguing process arising from quantum fluctuations only that has never been observed directly. It involves four-photon couplings, which are shown to be highly sensitive to a broad range of new physics models at high energy such as the ones predicting the existence of extra spatial dimensions to solve the hierarchy problem currently affecting the standard model of particle physics. By taking benefit of the photon flux from the protons at the LHC, I show that one may discover anomalous four photon couplings with a sensitivity allowing to compete with several direct new physics searches. Finally, I had the opportunity to test the new SAMPIC chip which aims to perform time-of-flight measurements with a few picoseconds precision from fast samplings of detector signals. SAMPIC timing capabilities have been tested using Gaussian signals generated by a signal generator or by silicon detectors pulsed with an infrared laser. Under these ideal conditions, the SAMPIC chip has proven to be capable of timing resolutions down to 4 (40) ps with synthesized (silicon detector) signals.

Le sujet principal de cette thèse porte sur la recherche d’un boson de Higgs additionnel de plus haute masse à travers sa désintégration en une paire de bosons de jauge Z (H → ZZ(*)) en utilisant les données enregistrées avec l’expérience ATLAS auprès du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Quatre analyses distinctes sont présentées en fonction du mode de désintégration du boson Z soit une paire de leptons chargés (électrons ou muons), soit une paire de neutrinos soit une paire de quarks ; ces analyses sont appelés ZZ → 4l, 2l2ν, 2l2q et 2ν2q. L’étude utilise 20.3 fb⁻¹ de données de collisions proton-proton enregistrées au cours de la première phase du LHC (Run-1) à une énergie dans le centre de masse de 8 TeV. La stratégie de recherche segmente les données en supposant que les mécanismes de production de bosons de Higgs additionnel sont les mêmes que dans le Modèle Standard (SM), et modélise le signal avec une largeur qui est faible par rapport à la résolution de la masse invariante. La région de masse du boson de Higgs considéré s’étend de 140 GeV jusqu’à 1 TeV. Aucun nouveau boson de Higgs n’a été trouvé. La combinaison de résultats de quatre modes de désintégration donne des limites supérieures sur la section efficace σ de ce boson de Higgs additionnel (σ × H → ZZ(*)) qui s’étend de 359 fb à mH = 200 GeV à 11 fb à mH = 1TeV. Les résultats sont également interprétés dans le contexte des modèles au-delà du SM, à savoir les modèles à deux doublets. L’analyse H → ZZ(*) → 4l est également réalisée au cours de la deuxième phase du LHC (Run-2) en utilisant 3.2 fb⁻¹ de données de collisions de proton-proton enregistrées en 2015 à une énergie à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Aucun excès significatif d’évènements sur la prédiction du MS n’est trouvé. Les limites supérieures sur la section efficace (σ × H → ZZ(*) → 4l) sont de 4.5 fb à mH = 200 GeV et 1 fb à mH = 1 TeV. La dernière partie de la thèse porte sur la caractérisation des détecteurs à scintillation d’ATLAS pour le déclenchement d’un biais minimal dans la région avant (le Minimum Bias Trigger Scintillators (MBTS)) en utilisant les rayons cosmiques. En raison de la dégradation des matériaux provoquée par des dommages dus à l’irradiation dans la première phase de fonctionnement du LHC, les MBTS devaient être remplacés lors de l’arrêt du LHC qui a eu lieu en 2014. Avant leur installation dans ATLAS, ces détecteurs ont été caractérisés en laboratoire en utilisant les rayons cosmiques. / The main subject of this thesis is the search for an additional heavy Higgs boson through its decay into a pair of Z bosons (H → ZZ(*)) using data recorded with the ATLAS experiment installed at the Large Hadron Collider (LHC). Four distinct analyses are presented, which are distinguished by the decay mode of the Z boson into either a pair of charged leptons (electrons or muons), into a pair of neutrinos or into a pair of quarks, denoted according to final-state, i.e. as 4l, 2l2ν, 2l2q and 2ν2q. The study is performed using 20.3 fb⁻¹ of proton-proton collision data recorded during the first phase of LHC operation (Run-1) at centre-of-mass energy of √s = 8 TeV. A search strategy is employed which segments the data according to the Higgs boson production mechanism, assuming that these are the same as in the Standard Model (SM). Furthermore, the signal is modelled with a width that is small compared to the experimental mass resolution. The Higgs boson mass range considered extends up to 1 TeV for all four decay modes and down to as low as 140 GeV, depending on the decay mode. No significant excess of events over the Standard Model prediction is found. A simultaneous fit to the four decay modes yields upper limits on the heavy Higgs boson production cross-section times H → ZZ branching ratio ranging from 359 fb at mH = 200 GeV to 11 fb at mH = 1 TeV for the gluon-fusion production mechanism, and from 214 fb at mH = 200 GeV to 13 fb at mH = 1 TeV for the vector-boson fusion production mechanism. The results from these four searches are also interpreted in the context of models beyond the SM, namely the Type-1 and Type-2 2 Higgs Doublet Model. The heavy Higgs boson search is also performed with the H → ZZ(*) → 4l decay mode alone using 3.2 fb⁻¹ of proton-proton collision data recorded during the second phase of LHC operation (Run-2) at an increased centre-of- mass energy of √s = 13 TeV. No significant excess of events over the Standard Model prediction is found. Upper limits are set on the heavy Higgs boson production cross-section times H → ZZ(*) → 4l branching ratio of 4.5 fb at mH = 200 GeV and 1 fb at mH = 1 TeV. Lastly, a project of a more technical character is presented. In this study, the scintillation detectors employed by ATLAS for triggering with minimal bias in the forward region, the Minimum Bias Trigger Scintillators (MBTS), are characterised. Due to material degradation caused by radiation damage in the early phases of LHC operation, the MBTS had to be replaced during the LHC shutdown taking place in 2014. Before installation in ATLAS, these detectors were characterised in appropriate laboratory facilities using cosmic radiation.

Ce travail de thèse a été effectué au sein de la collaboration ATLAS au LHC. Il s'intéresse dans un premier temps au développement de nouveaux détecteurs Micromegas pour le projet NSW, et dans un second temps à la recherche d'un processus physique très rare : la production de quatre quarks top au LHC, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le programme de physique du LHC prévoit une augmentation significative de la luminosité de l'accélérateur dans les années à venir, en particulier pour la phase haute-luminosité dont le démarrage est prévu en 2026. Certains composants du détecteur ATLAS doivent être mis à jour, notamment les petites roues du spectromètre à muons qui vont devoir supporter une irradiation bien supérieure au niveau actuel. De nouvelles petites roues (NSW) sont en cours de développement et une partie des détecteurs Micromegas pour ces petites roues est construite par l'IRFU. Les performances de ces détecteurs sont validées sur un banc de test utilisant des muons cosmiques. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer un code d'analyse des données de ce nouveau banc de test afin de caractériser les détecteurs Micromegas pour le projet NSW. Le code fournit notamment des informations de gain et d'efficacité de détection, et sera utilisé jusqu'à la fin du projet. Les efficacités mesurées sont globalement en accord avec les attentes sauf sur certaines parties des détecteurs qui doivent être investiguées. Le quark top est un élément central de plusieurs théories au-delà du modèle standard, comme par exemple les modèles avec des dimensions supplémentaires, ou encore qui incluent une modification du secteur du boson de Higgs. Certains de ces modèles prédisent une augmentation de la section efficace de production de quatre quarks top qui est un phénomène très rare dans le modèle standard et dont la section efficace ne vaut qu'environ 12 fb à 13 TeV. L'étude du processus à quatre tops dans le canal à deux leptons de même charge électrique est particulièrement intéressante car le niveau de bruit de fond y est très faible. Ce travail de thèse s'intéresse d'abord à l'analyse des événements à quatre tops avec le détecteur ATLAS, portant sur les données prises en 2015 et 2016. L'étude de ce processus est un défi de par le faible nombre d'événements disponibles, mais aussi à cause du bruit de fond dû aux faux leptons qui est difficile à estimer. Plusieurs limites sont posées sur des modèles de nouvelle physique, et sur la production conforme au modèle standard. Cette dernière limite est combinée avec un résultat provenant du canal à un lepton pour fournir la meilleure limite au moment de sa publication. Le processus de production de quatre quarks top conforme au modèle standard est à nouveau étudié avec l'entièreté des données prises entre 2015 et 2018, dans le but d'en effectuer une première observation. L'analyse de données est en cours, et cette thèse se concentre sur le développement d'une nouvelle méthode d'estimation du bruit de fond dû aux faux leptons. / This doctoral work was carried out as a member of the ATLAS collaboration at the LHC, an accelerator with a center-of-mass energy of 13 TeV. The development of new Micromegas detectors for the NSW project has been studied, along with the search for a very rare physics process : the production of four top quarks at the LHC, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The physics programme of the LHC plans a significant increase of the luminosity in the coming years, especially for the high-luminosity phase beginning in 2026. Some parts of the ATLAS detectors must be upgraded to cope with the increased radiation levels. The small wheels of the muon spectrometer will be replaced by new small wheels (NSW) using Micromegas detectors. IRFU is responsible for producing some of the detectors, which performances are being validated on a test bench using cosmic muons. During this doctoral work, the aim was to develop an analysis code for the test bench data, in order to characterize the Micromegas detectors of the NSW project. The code provides gain and detection efficiency informations, and will be used until the end of the project. The measured efficiencies are in agreement with the expectations except in some parts of the detectors that are being investigated. The top quark plays a central role in many theories beyond the standard model, for instance in models with extra dimensions, or with a modification of the Higgs boson sector. Many of these models predict an enhanced cross section for the very rare four top quark process, which is predicted to be approximately 12 fb at 13 TeV. The study of the four top quark process is particularly interesting in the channel with leptons having the same electric charge because of the very low background level. This doctoral work is firstly carried out on the data taken in 2015 and 2016 by the ATLAS detector, in order to study the four top quark process and some new physics models. This process is very challenging given the very low number of events, and the difficult estimation of the fake lepton background. Several limits are set on new physics models and on the standard model four top quark production. The results on the standard model process are combined with the results from the single lepton channel to set the tightest limit at the time of its publication. The four top quark production is being studied again, using the data taken from 2015 to 2018 this time, with the aim of making a first observation of this process. The doctoral work is focused on a new method for estimating the fake lepton background.

This thesis presents the measurement of the differential cross section of the top-antitop pair production in proton-proton collisions at center-of-mass energy of 8 TeV at the ATLAS experiment. The measurement is performed for top-antitop events in the single lepton decay channel in the boosted topol- ogy. The measured differential cross section is expressed as a function of the top quark transverse momentum at particle level and at parton level. The mea- sured distributions are compatible with the theoretical predictions of the Standard Model. The experimental techniques used in this measurement are discussed with emphasis on the jet reconstruction and on the identification of jets originating from b-quark fragmentation. The jet reconstruction is influenced by simultane- ous proton-proton collisions (pileup), and the mitigation of these pileup effects is studied. A novel pileup subtraction technique for jets is proposed using an ex- tension of the methods currently being employed by the LHC experiments. The new method has a good performance in removing the pileup contributions at the level of jet constituents. 1

In the context of an intensive upgrade plan for the Large Hadron Collider (LHC) in order to provide proton beams of increased luminosity, a revision of the data readout electronics of the Liquid-Argon-Calorimeter of the ATLAS detector is scheduled. This is required to retain the efficiency of the trigger at increased event rates despite its fixed bandwidth. The focus lies on the early digitization and finer segmentation of the data provided to the trigger. Furthermore, there is the possibility to implement new energy reconstruction algorithms which are adapted to the specific requirements of the trigger. In order to constitute crucial design decisions, such as the digitization scale or the choice of digital signal processing algorithms, comprehensive simulations are required. High trigger efficiencies are decisive at it for the successful continuation of the measurements of rare StandardModel processes as well as for a high sensitivity to new physics beyond the established theories. It can be shown that a significantly improved resolution of the missing transverse energy calculated by the trigger is achievable due to the revised segmentation of the data. Various energy reconstruction algorithms are investigated in detail. It can be concluded that these will facilitate reliable trigger decisions for all expected working conditions and for the whole possible energy range.

Title: Measurement of the top quark properties Author: Mgr. Jaroslava Schovancová Department: Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Re- public Supervisor: RNDr. Jiří Chudoba, Ph.D., Institute of Physics, Academy of Sciences of the Czech Republic Abstract: This Thesis presents the ATLAS experiment measurement of the top quark differential cross-section as a function of pT, mass and rapidity of the t¯t system. A sample of approx. 4.7 fb−1 of the 2011 pp collision data at the center-of-mass energy of 7 TeV was analyzed. The differential spectra shapes in the t¯t system are consistent with the Standard Model and reason- ably described by the event generators. Several activities in the scope of ATLAS Distributed Computing are pre- sented, particularly in the area of operations, monitoring, automation, and development of the PanDA Workload Management System. Such activities aim to improve efficiency and facilitate the use of distributed computing re- sources and therefore contribute in supporting the ATLAS Physics Program. Keywords: ATLAS, top quark, differential cross-section, missing transverse energy, ATLAS Distributed Computing

Des études cliniques sur les nouveau-nés prématurés montrent qu'une large proportion des grands prématurés (moins de 32 semaines d’aménorrhée) présentera des troubles cognitifs, moteurs ou comportementaux. Un objectif clinique est donc d’approfondir les études du développement cérébral et de détecter les anomalies chez les patients néonataux. Parmi les modalités d'imagerie, l'IRM peut fournir une information 3D morphologique, non-invasive, non ionisante et avec une résolution spatiale de l'ordre du millimètre, propriétés qui sont bien adaptées à cette problématique. En outre, la segmentation de ces images permet de fournir des informations quantitatives de l'anatomie, comme le volume ou la forme. Il existe de nombreuses méthodes pour l'IRM chez l'adulte. Néanmoins, la plupart d'entre elles ne peuvent pas s'appliquer directement chez le nouveau-né, où la maturation des tissus cérébraux induit des modifications de contraste dans l'image (dues, par exemple, à la non-myélinisation de la substance blanche). De plus, des détériorations visuelles, telles que les effets de volume partiels, se produisent par l'effet conjugué de la résolution des images et de la finesse des structures (par exemple, le cortex). Cette thèse se focalise sur la segmentation de la surface corticale des nouveau-nés en utilisant des images IRM, avec une précision satisfaisante pour des applications subséquentes (comme la génération de maillages surfaciques). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux approches par atlas ou multi-atlas. Cette famille de méthodes est connue pour son efficacité en termes de segmentation cérébrale grâce à des a priori spatiaux intégrés au modèle, qui permettent de guider la segmentation. Néanmoins, le cortex étant une structure très fine, des erreurs topologiques peuvent se produire. Afin de résoudre ce problème, une étape de correction topologique multi échelle est mise en oeuvre. Les résultats montrent le potentiel de ces deux types d'approches pour l’analyse des données considérées. / Clinical studies for preterm infants (less than 32 weeks of gestation) emphasize the fact that an important part of the very or extreme preterm infants will present cognitive, motor or behavioral disorders. The clinical aim is to improve brain development studies and be able to detect and predict abnormalities in neonatal subjects. Among the medical imaging, MRI can provide non-invasive non-ionizing morphological 3D images with a spatial resolution of the order of a millimeter, properties that are well adapted to this issue. In addition, the segmentation of these images provides quantitative anatomical information, such as volume or shape. There are many existing methods for adult MRI that successfully segment brain subparts. However, these methods cannot be directly applied to the newborn, where the maturation of brain tissue modifies the contrasts in the image (for example, the non-myelination of the white matter). Moreover, factors related to the resolution together with structural fineness, especially in the cortex, induce partial volume effects in tissue boundaries. This thesis focuses on the segmentation of the cortical surface in neonatal infants using MR images, with satisfactory accuracy for further applications (such as the generation of surface meshes). In this thesis, we first focused on the so-called atlas or multi-atlas approaches. This family of methods is known for its effectiveness in brain segmentation, thanks to spatial priors that can be embedded in the model for guiding the segmentation. However, since the neonatal cortex is very thin, there are often discontinuities or wrong connections. In order to tackle this issue, a topological correction step is proposed to fill gaps and separate erroneous connections. The results emphasize the potential of these two types of approaches for this purpose.