Ce travail de thèse s'attache à simuler le potentiel de découverte de la supersymétrie (SUSY) au collisionneur LHC du CERN avec le détecteur ATLAS dans le canal pp->w1+z2->3l+X. Les résultats sont fournis pour les phases de basse et de haute luminosité du LHC. Dans un premier temps, nous montrons que la SUSY induit un excès à 5 écart-standards par rapport aux pédictions du Modèle Standard (MS) dans la topologie inclusive trilepton dans un grand domaine de l'espace des paramètres SUSY. Nous indiquons que les contributions des processus SUSY autres que pp->w1+z2 (fond supersymétrique) sont non négligeables. Ensuite, nous affinons l'analyse pour augmenter la pureté du signal pp->w1+z2->3l+X. Ceci nous permet d'étudier les propriétés spécifiques de ce processus. En particulier nous reconstruisons la différence de masse m(z2)-m(z1). Nous proposons une méthode originale pour reconstruire tout le secteur des gauginos à partir de cette observable expérimentale (cette méthode suppose l'unification de la masse des gauginos). Un chapitre est également consacré à l'étude de l'uniformité spatial e de la réponse des photomultiplcateurs Hamamatsu R5900 utilisés pour la lecture du calorimètre hadronique (Tilecal) d'ATLAS.

ATLAS est l'un des détecteurs qui équiperont le collisionneur proton-proton du LHC au CERN. L'un des enjeux majeurs de cette expérience est la recherche du boson de Higgs car ce dernier constituerait une des clés de notre compréhension de la physique des particules dans le cadre du modèle standard et dans celui du modèle supersymétrique. Dans le cadre de cette expérience, j'ai participé à la construction du pré-échantillonneur central, l'un des sous-détecteurs d'ATLAS. La construction des deux tiers des secteurs du pré-échantillonneur ainsi que leurs tests de validation ont été réalisés au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble. Deux secteurs ont été ensuite montés sur la face avant d'un module du calorimètre électromagnétique d'ATLAS et testés au CERN à l'aide de faisceaux d'électrons, de photons et de muons. J'ai participé à ces tests et j'ai analysé les données puis les ai comparées aux résultats obtenus à partir d'une simulation Monte-Carlo utilisant GEANT3. J'ai aussi assuré une étude sur la séparation gamma / pi0 qui s'avère être très importante pour évaluer la capacité du calorimètre électromagnétique à détecter le boson de Higgs dans le canal H0 -> gamma gamma.

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Cette thèse étudie la boutonniére d'Ifni dans son cadre général : Anti-Atlas, strtigraphique et tectonique. Une approche géochronologique la compléte.

Le thème central de la thèse est la mesure de la section efficace de production des électrons venant de la désintégration des quarks lourds (b et c) avec l'expérience ATLAS dans les collisions proton-proton à sqrt(s)=7 TeV au LHC. La calibration du calorimètre électromagnétique et la reconstruction des électrons jouent un rôle cardinal dans l'analyse développée dans cette thèse. Ces thématiques sont traitées dans la première partie du manuscrit. L'étude des systématiques liées à la variation des constantes de calibration paramétrant la chaîne de lecture du calorimètre et qui affectent la reconstruction de l'énergie des cellules est présentée. La description des procédures de reconstruction des événements dans le détecteur ATLAS est ensuite traitée. Les cas de mauvaise reconstruction sont abordés et une étude de l'estimation du taux des faux leptons dans des événements multi-jets est présentée. La deuxième partie de la thèse est dédiée à la mesure de la section efficace de production des électrons issus de la désintégration des quarks lourds. Un panorama des prédictions théoriques est présenté en introduction à la mesure expérimentale qui a été réalisée avec un lot de données correspondant à une luminosité intégrée de 1.3 pb-1 enregistré pendant la période de démarrage d'ATLAS. Outre son intérêt théorique, cette mesure permet également une vérification des performances attendues du détecteur directement sur les données. Les bruits de fond et l'efficacité d'identification des électrons sont estimés par une méthode basée sur les données.

Le but de la thèse est de mesurer la section efficace de production de quarks top-antitop dans le canal lepton + jets dans l'expérience ATLAS au Grand collisionneur de hadrons (LHC). L'analyse utilise les données des collisions proton-proton à 7 TeV collectées en 2010 avec une luminosité intégrée de 33,7 pb-1. La sélection des événements est basée sur la signature de la topologie top-antitop avec 1 électron ou muon, une grande énergie transverse manquante et au moins 4 jets. Le fond QCD multijets est mesuré avec les données elles-mêmes par une "Méthode Matricielle". Trois méthodes sont utilisées pour mesurer le fond W+jets, la méthode d'asymétrie de charge, la méthode de Berends-Giele et une méthode combinant les deux précédentes. Les autres bruits de fond sont estimés à partir MC. Le nombre d'événements de signal top-antitop est obtenu en ajustant la distribution du nombre de jets étiquetés b, en mesurant simultanément l'efficacité d'étiquetage des quarks b. La section efficace top-antitop est mesurée à 148,1±34,9 pb. Elle est compatible avec la prédiction du Modèle Standard à l'ordre NNLO calculée par le logiciel Hathor. Elle est également en accord avec les mesures par d'autres méthodes. Avec plus de données sur les collisions en 2011, on peut s'attendre à une mesure plus précise de la section efficace top-antitop.

La recherche d'un boson de Higgs léger dans le canal H --> gamma gamma dans l'expérience ATLAS nécessite d'excellentes performances du calorimètre électromagnétique et une bonne compréhension des bruits de fond. Ce travail de thèse s'articule donc autour de deux points. Le premier concerne le fonctionnement et les performances du calorimètre électromagnétique. D'abord, des développements sont apportés au code de reconstruction online des calorimètres à Argon liquide, et ses algorithmes sont validés, ce qui inclut un contrôle des données en ligne. Ensuite, deux mesures indépendantes de l'uniformité du calorimètre électromagnétique tonneau sont réalisées, l'une avec les muons cosmiques et portant sur une couverture effective d'environ 20% du calorimètre, et l'autre avec les événements pi0 --> gamma gamma dans les premières collisions à sqrt(s) = 7 TeV, avec une luminosité intégrée de L = 414.8 μb−1. La mesure sur les muons montre que les non-uniformités dans la direction eta sont inférieures à 1.0% dans le compartiment milieu et 1.7% dans le compartiment avant, à 95% de niveau de confiance. Avec les pi0, ces résultats sont améliorés et aboutissent à une dispersion de la réponse entre données et simulation inférieure à 0.7% dans les trois cryostats (tonneaux et bouchons), ce qui est au niveau des performances attendues au démarrage. Le deuxième axe de cette thèse concerne l'extraction de paires non-résonnantes de photons. Deux méthodes sont présentées. La première est une double mesure de pureté utilisant une extrapolation du bruit de fond à partir de régions enrichies en bruit de fond vers une région de signal. La seconde méthode est basée sur une matrice d'efficacités de taille 4x4, entièrement déterminée par la simulation et appliquée événement par événement. Ces méthodes sont appliquées aux données de collision, correspondant à une luminosité intégrée de L = 2.82 pb−1. Un signal di-photons direct de 108.6 ± 19.5 (stat.) ± 34.5 (syst.) avec une pureté de (65.1 ± 8.6 (stat.) ± 8.7 (syst.))% est extrait.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches résume une partie des travaux que j'ai réalisés ces dix dernières années dans le domaine de la physique des particules au sein d'expériences situées auprès de collisionneurs. Il est organisé en deux parties. La première concerne les réalisations instrumentales liées à la calorimétrie et la seconde résume les recherches du scalaire top, partenaire supersymétrique du quark top.

Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN à Genève délivrera bientôt des collisions avec une énergie jamais atteinte jusqu'alors dans un accélérateur de particules. Une énergie dans le centre de masse entre 10 et 14 TeV permettra de dépasser les frontières de la physique actuelle. Le détecteur ATLAS fera la chasse au boson de Higgs et recherchera une nouvelle physique au delà du modèle standard. Tout processus physique est décrit par sa section section efficace. Les détecteurs positionnés aux différents points de collision du LHC déterminerons les taux de comptage associés aux divers processus. Cependant, pour en déduire la section efficace associée, il faut connaître la luminosité. Pour l'expérience ATLAS, une mesure relative de la luminosité peut être fournie par quelques uns de ses sous-détecteurs. Cependant, pour calibrer ces détecteurs, une mesure absolue doit être effectuée. Le détecteur ALFA a été conçu pour mesurer le spectre de diffusion élastique qui permettra de déterminer la luminosité absolue et par la même occasion, la section efficace totale proton-proton fournissant ainsi un outils de calibration très précis, de l'ordre du %. Ces détecteurs, installés à 240 m de part et d'autre du point d'interaction sont appelés pots romains. Il s'agit d'un système mécanique permettant d'approcher un trajectographe à fibres scintillantes à une distance de l'ordre du millimètre du cœur du faisceau. La simulation de la mesure nécessite l'utilisation d'un logiciel de transport de particules chargées. Ce logiciel doit être soigneusement choisi car il sert à la détermination des protons perdus dans la séquence de l'accélérateur, entre le point d'interaction jusqu'aux détecteurs. L'impact des incertitudes systématiques qui affectent la mesure de la luminosité et de la section efficace totale est également déterminé en utilisant la simulation. Les détecteur ALFA opère dans un environnement complexe et en conséquence sa conception requiert une grande attention. Une large campagne de tests sur l'électronique front-end a été effectuée. L'analyses des données résultant de ces tests a permis de démontrer que toutes les exigences étaient remplies. A chaque avancement majeur dans la conception du détecteur, celui-ci doit être soumis à des tests en faisceau. Durant ces périodes, tous les aspects du détecteur sont étudiés. L'algorithme de reconstruction des traces, les méthodes pour extraire des données l'efficacité de détection ou encore le niveau de diaphonie sont autant de paramètres qu'il a fallu déterminer. Les conclusions de ces tests ont permis de valider les différents choix techniques effectués permettant ainsi le lancement de la fabrication en série des huit détecteurs utiles à la mesure. L'installation prévue courant 2011 permettra de mesurer la luminosité et la section efficace totale proton-proton courant 2012.