Cette thèse a été effectué sur l'expérience LHCb, située sur le collisionneur proton-proton LHC au CERN. Sa première partie porte sur l'alignement en temps des calorimètres. Nous décrivons une méthode basée sur une asymétrie permettant d'assurer l'alignement en temps des calorimètres électromagnétique (ECAL) et hadronique (HCAL). Nous montrons qu'avec des faisceaux de 450 GeV, et en l'absence du champ magnétique, il faut 55 000 événements minimum bias pour aligner en temps 84$\%$ des cellules du ECAL et 96 $\%$ des cellules du HCAL avec une précision de 0.5 ns. Lors de la mise en service des sous-détecteurs, nous avons analysé plus d'un million d'événements cosmiques, et vérifié que l'alignement interne est meilleur que 1 ns dans le ECAL et le HCAL. D'autre part nous avons aligné en temps le ECAL et le HCAL et obtenu une précision de l'ordre de 2 ns. Grâce aux gerbes hadroniques produites par le faisceau du LHC le 10 septembre 2008, nous avons montré que l'alignement global du HCAL avec l'horloge du LHC est de l'ordre de 0.8 ns.\\ La seconde partie de cette thèse porte sur la reconstruction des canaux $B_{d}\rightarrow D^{-}\rho(770)^{+}$, $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}\rho(770)^{+}$ et $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}K^{*+}(892)$. Une mé\-thode multivariable a été utilisée pour sélectionner les événements de signal et minimiser le bruit de fond $b\bar{b}$. Avec une année nominale de prise de données à LHCb, on attend 450 000 événements $B_{d}\rightarrow D^{-}\rho(770)^{+}$ , 71 000 événements $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}\rho(770)^{+}$ et 1300 événements $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}K^{*+}(8 92)$ avec des rapports signal sur bruit variant entre 1.6 et 6.

L'effet du mélange \rho^0 - \omega dans l'observation de la violation directe de CP dans la désintégration du méson B en mésons vecteurs constitue l'une des études principales de ce travail. Dans une première partie nous calculons les amplitudes de désintégrations de canaux B -> V \rho^0 (\omega) à partir de leur modélisation en utilisant pour cela le formalisme d'hélicité. A partir de ces amplitudes nous pouvons prédire les rapports d'embranchement et les asymétries auxquels on s'attend, compte tenu des différents facteurs de forme et paramètres ajustables introduits. Ce travail a mis en évidence que la violation directe de CP se manifeste à la fois au niveau des rapports d'embranchement, des distributions angulaires et du spectre de masse du \rho^0 - \omega. La prédominance de la polarisation longitudinale mise en avant dans cette thèse est appuyée par les données expérimentales des expériences Babar et Belle. Les phases fortes ont ensuite été déduites en fonction de la masse de la résonance \rho^0 - \omega ainsi que le rapport des amplitudes Penguin et Tree.<br> Dans une seconde partie, nous introduisons l'étude précédemment décrite dans le cadre de l'expérience LHCb, consacrée à l'étude de la beauté et de la violation de CP, qui débutera en 2007. L'analyse de la réponse simulée du détecteur à l'un des canaux modélisés, le canal B0 -> K*0 \rho^0 (\omega) a été réalisée dans le but d'estimer l'intér.et de ce canal pour une telle expérience. Il s'est avéré que l'effet du mélange \rho^0 - \omega dans ce canal n'est a priori pas observable à court terme dans LHCb. En revanche, le canal \rho+ \rho^0 (\omega), dont le rapport d'embranchement prédit dans ce travail est confirmé par Babar et Belle, semble .etre un terrain d'investigation prometteur pour l'observation d'une asymétrie différentielle.

Les expériences de physique des particules associées au collisionneur LHC devront traiter une collision toutes les 25 ns sur plusieurs centaines de milliers de voies de mesure. La quantité de données produites est considérable.<br> Sur l'expérience LHCb une unité de décision en effectue une première sélection. Nous proposons une solution pour sa réalisation. Il s'agit d'une électronique numérique pipelines à 40 MHz et réalisée en composants programmables avec des interfaces LVDS. Une première version du banc de test est présentée afin de générer des stimuli à la cadence de 40 MHz pour des mots jusqu'à 512 bits.<br> Le preshower fait partie du système calorimétrique de LHCb. Il est composé de 6000 voies de mesure. Le signal physique est d'abord mis en forme grâce à des intégrations analogiques sur 25ns sans temps mort (ASIC). Au bout de 20m de câble, les valeurs d'intégrales (en tension) sont numérisées puis traitées sur une centaine de cartes frontales.<br> La réalisation de prototypes de la partie de traitement des données ont permis de mettre en concurrence une technologie programmable et une technologie ASIC (AMS 0,35 µm) et de prendre en compte les contraintes fortes en terme de nombre de voies de mesure par carte (128 demi-voies) et de résistance aux radiations.

Ce document presente des résultats relatifs à la préparation du programme de physique de l'expérience LHCb: développement d'un logiciel de génération, commissioning du trigger calorimètre et mesure de la production des J/psi. Une simulation détaillée est obligatoire pour développer les outils d'analyse nécessaires pour réaliser ce programme et un logiciel de génération détaillé a été implémenté. Celui-ci décrit par exemple le mélange des B et la violation de CP dans les désintégrations des B pour l'environnement hadronique de LHCb. Pour les désintégrations hadroniques, le système de déclenchement de l'expérience est basé sur les calorimètres, en particulier le calorimètre hadronique. La grande section efficace de production au LHC permet de faire, avec les premières données enregistrées par l'expérience, une mesure de la section efficace différentielle des J/psi, et de la comparer avec des modèles thèoriques pour tester QCD dans le secteur des quarks lourds.

Le LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) à Genève est le plus grand accélérateur pour la physique des particules. Les collisions proton-proton à des energies dans le centre de masse pouvant aller jusqu'à 14 TeV qui seront produites au LHC vont offrir la possibilité de s'intéresser aux questions les plus fondamentales en Physique. L'expérience LHCb est l'une des quatre expériences principales au LHC. Dédiée aux études de physique du b, le but principal de l'expérience LHCb est d'explorer d'éventuels modèles de Nouvelle Physique au-delà du Modèle Standard à travers l'étude des désintégrations rares des hadrons charmés ou beaux, et à travers des mesures de précision des observables de la violation de CP. Même lors de sa phase de fonctionnement initial, un nombre important de J/ψ va être collecté par le détecteur LHCb et va nous permettre de réaliser des études très intéressantes sur la production du charmonium. Ces mesures pourront apporter un éclairage nouveau pour la compréhension des mécanismes de production des quarkonia dans les collisions de hadrons. Dans cette thèse, les études de la production de J/ψ à LHCb est presentée, basée sur un échantillon d'événements Monte Carlo complétement simulés. La procédure dévelopée dans cette thèse sera utilisée pour analyser les données réelles lorsque suffisamment de statistique sera accumule. L'analyse a été effectuée en utilisant des événements Monte Carlo générés à une énergie dans le centre de masse égale à 14 TeV, et à une luminosité de 2 × 10^32 cm^−2 s^−1 . La taille du lot de données simulées correspond à une luminosité intégrée de 0.79 pb^−1 . Les événements J/ψ sont reconstruits en utilisant des critères de sélection optimisés pour atteindre la meilleure discrimination contre les processus de bruit de fond. L'étude réalisée montre que 6.5 ×10^6 J/ψ peuvent être reconstruits par pb^−1 de données avec une résolution en masse de 11 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B résolution en masse de 11 MeV/c et un rapport signal sur bruit S/B ∼ 18 dans une fenêtre de masse de ±3σ. La section efficace de production des J/ψ prompt et des J/ψ de désintégrations de b est mesurée dans 28 bins en pT et η recouvrant la région 0 < pT < 7 GeV/c et 3 < η < 5. Dans chaque bin, une variable est définie pour distinguer les J/ψ prompt de ceux de désintégrations de b. Pour 0.79 pb−1 de données, une précision de 10% peut être obtenue pour la ma jorité des bins. Les erreurs systématiques sont estimées à un niveau équivalent. L'analyse montre également que la polarisation du J/ψ joue un rôle important dans la détermination de la section efficace. Elle peut contribuer à une erreur systématique jusqu'à 30% dans certains bins. Un tel effet peut être grandement réduit si une analyse de la polarisation du J/ψ est effectuée simultanément. La mesure des paramètres de polarisation aidera aussi grandement pour la compréhension du méchanisme de production du J/ψ. Dans le but de réduire la quantité de données simulées nécessaire pour les estimations d'efficacité, une méthode est dévelopée pour prendre en compte les efficacités 2-D par trois paramètres, et toutes les erreurs à part les erreurs statistiques ne dépendront que de ces trois paramètres. A partir des trois paramètres estimés avec les mêmes données Monte Carlo, les erreurs sur les paramètres de polarisation pour la ma jorité des bins sont d'environ 0.1 pour les J/ψ prompt et d'environ 0.2 pour les J/ψ de désintégrations de b. L'expérience LHCb ayant déjà enregistré 14 nb^−1 de données, une partie de l'analyse peut être effectuée. Environ 3000 candidats J/ψ sont reconstruits avec une résolution en masse de 16 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B ~ 18 dans une fenêtre en masse de ±3σ. En se basant sur cet échantillon, la section efficace en fonction de pT est mesurée. La mesure préliminaire de la section efficace des J/ψ dans la région pT ∈ [0, 9] GeV/c et y [2.5, 4] est 7.6 ± 0.3 µb où seule l'erreur statistique est donnée.

La sensibilité du détecteur LHCb au Higgs standard léger dans le canal H + (W,Z) -> bb{bar} + (ll{bar}, nu_l l) est étudiée. Une procédure de reconstruction des jets b a été mise en place. Après correction, la résolution de la distribution en masse des di-jets b est de (sigma_m)/(m_moyen) ~ 22%. La procédure d'identification mise en place sélectionne ~ 80% des jets b en rejetant ~ 99:5% des autres jets. Après réduction du bruit de fond en bb{bar} + l, on obtient, pour m_H = 120 GeV=c^2, une signification statistique du signal supérieure à 1 pour 4 ans de fonctionnement à une luminosité de 5.10^32 cm^-2 s^-1.

Ce mémoire est une synthèse de mes activités postdoctorales au sein de l'expérience LHCb, en cours d'installation auprès du grand collisionneur de hadrons LHC au Cern, à Genève. Dans le chapitre 1, j'introduis les bases phénoménologiques nécessaires à l'étude de la physique des saveurs en montrant que cette dernière s'inscrit au coeur du modèle standard. Je rappelle les limitations de ce modèle. Puis j'explique comment la physique des saveurs en général, et plus particulièrement celle effectuée à LHCb, permet de rechercher de la nouvelle physique ou de la contraindre. Dans le chapitre 2, après une rapide présentation du détecteur LHCb, je présente le trigger de niveau zéro à muons, en développant deux aspects sur lesquels j'ai plus particulièrement travaillé: la résistance aux radiations des transmetteurs opto-électroniques et les performances physiques simulées du trigger. Le chapitre 3 synthétise les activités liées à l'étiquetage de la saveur des mésons B, activités dont je suis co-organisateur depuis mai 2005. Enfin au chapitre 4, après un rappel des progrès récents accomplis en physique des saveurs lourdes, je donne un aperçu des performances attendues de LHCb, pour quelques mesures clés. Je détaille notamment un aspect auquel j'ai pris part: la recherche de nouvelle physique dans les diagrammes pingouins b->s.

The LHCb experiment is dedicated to making precision measurements involving beauty and charm hadrons at the CERN Large Hadron Collider. The LHCb RICH detectors provide charged particle identification required to distinguish final states in many decays important to the LHCb physics programme. Time alignment of the RICH photon detectors is necessary in order to ensure a high photon collection efficiency. Using both a pulsed laser and proton-proton collision data the photon detectors are aligned to within 1 ns. The LHCb detector is uniquely positioned to measure production cross-sections at energies and rapidities inaccessible to other experiments. With 1.81 nb−1 of proton-proton collisions collected by the LHCb experiment in 2010 at center-of-mass energy √s = 7 TeV the production crosssection of D±s and D± mesons decaying to the φ{K+K−}π ± final state have been determined in bins of transverse momentum and rapidity. These measurements use a data-driven recursive optimisation technique to improve signal significance. The cross-section ratio is measured to be σ(D± ) σ(D± s ) = 2.32±0.27(stat)±0.26(syst), consistent with the ratio of charm-quark hadronisation fractions to D± and D±s mesons. Time-dependent interference between mixing of B0s -B0s mesons and decay to the final state J/ψφ gives rise to a CP violating phase φs. This phase is constrained to be small within the Standard Model, a significant deviation from which would be a signal of new physics. φs has been measured with 0.37 fb−1 of protonproton collision data recorded during 2011 by the LHCb experiment. Isolation of the signal distribution is achieved using the S-plot technique, and the analysis accounts for inclusive B0s →J/ψK+K− s-wave contributions. The measured value of φs = 0.16±0.18(stat)±0.06(syst) rad is the most precise measurement to date, and is consistent with Standard Model predictions.

Physics measurements at the LHC rely on the imulation of the proton-proton interaction to estimate detector performance and physics ackgrounds. Therefore, a good understanding of ll the processes involved is crucial to the final precision of any measurement. Monte Carlo event generators try to provide a realistic description of the proton-proton collision by combining the theoretical models describing different stages of the interaction process. Within this framework, the baryon number transport and the hadronisation mechanism are currently described by phenomenological models that need input from experimental data. This thesis investigates these subjects in the unique kinematic region covered by the LHCb detector. The production cross section ratios of identified hadrons (protons, kaons and pions) have been measured as a function of pseudorapidity and transverse momentum both at $sqrt{s} = 0.9$ TeV and $sqrt{s} = 7$ TeV collisions using 320 $mub^{-1}$ and 1.8 $nb^{-1}$ of data respectively. The measurements are then compared to the predictions from several tunings of the PYTHIA Monte Carlo generator. In general, current models do not give a satisfactory description of the hadronisation and tend to underestimate the transport of the baryon number into the final state. Critical to this analysis is the particle identification provided by the LHCb Ring Imaging Cherenkov (RICH) system. To ensure high performance, a proper calibration of the RICH photon detectors response is necessary. A system for the calibration of the magnetic distortion induced by the LHCb dipole magnet onto the photon detectors is described. The system currently provides calibration parameters used in the LHCb event reconstruction software and introduces a critical improvement to the overall particle identification performance.

[pt] O experimento LHCb (CERN) tem como um de seus objetivos principais o estudo do fenômeno de Violalção da Simetria Carga-Paridade (CP), que seria uma das condições necessárias para assimetria de matéeria-antimatéria observada no Universo. O LHCb foi especialmente desenhado para coletar eventos com produção de mésons B (que contém o quark b), cujos decaimentos são a melhor fonte para o estudo da Violação de CP. A observação de efeitos de Violação de CP no decaimento B+- -> pi +- pi- pi+ depende fundamentalmente dos canais ressonantes intermediários que são produzidos. Ainda que experimentos recentes não tenham observado Violação de CP neste canal, a alta estatística a ser atingida pelo LHCb pode vir a permitir a observação de assimetrias no chamado Dalitz Plot, que fornece informações diretas sobre a dinâmica do decaimento. Nesta dissertação, apresentamos um estudo do decaimento B+- -> pi+- pi- pi+ com dados simulados do experimento LHCb. O objetivo é estabelecer o número de eventos deste canal que podem ser observados com a luminosidade integrada de 2 fb(-1), o que corresponderia a um ano nominal de tomada de dados. Foram feitos estudos com amostras simuladas de sinal e de fundo, de forma a estabelecer um critério de seleção de eventos que oferecesse uma alta eficiência para eventos de sinal, com grande rejeição para eventos de fundo. De acordo a este critério, o rendimento esperado para 2 fb(-1) é de cerca de 87 mil eventos B+- -> pi+- pi- pi+ , com um relação fundo/sinal da ordem de 2. / [en] The LHCb experiment (CERN) has the main objective of studying the phenomenon of Charge-Parity (CP) Violation, which is one of the requisites for observed matter-antimatter asymmetry in the universe. The LHCb has been specially designed to collect events with production of B mesons (containing the b quark), since their decays are the best source for the study of CP violation. The observation of effects of CP violation in the decay B+- -> pi+- pi- pi+ depends on its resonant intermediate states. Although CP violation has been observed in this channel so far, the high statistics to achieve by the LHCb may allow the observation of asymmetries in the so–called Dalitz plot distribution, which provides direct information about the dynamics of decay. In this dissertation we present a study of the decay B+- -> pi+- pi- pi+ with simulated data of the experiment LHCb. The goal is to establish the number of events in this channel that can be reached with the integrated luminosity of 2 fb(-1), corresponding to one nominal year of data taking. Studies were performed using signal and background samples, in order to establish selection criteria to achieve a high efficiency for signal events with high background rejection. We obtain an expected yield for 2 fb(-1) of about 87 thousand events of B+- -> pi+- pi- pi+ , with a background to signal ratio of about 2.