Malgré son impressionnant succès, le modèle standard de la physique des particules ne rend pas compte de toutes les observations expérimentales. De plus, des interrogations théoriques intrinsèques à sa formulation demeurent et requièrent des explications plus fondamentales. Par conséquent, au lieu d'être une théorie ultra-violette, le modèle standard doit plutôt être vue comme une description effective, valide à basse énergie, d'une théorie plus fondamentale et de la nouvelle physique devrait être introduite. On considère deux approches pour introduire la nouvelle physique. Dans la première, on étend le modèle standard avec seulement quelques nouveaux états en assumant que les états plus lourds sont découplés de l'échelle électro-faible. Cette approche est principalement phénoménologique car par hypothèse, les extensions que l'on considère sont une manifestation à basse énergie d'une théorie plus complète. On se concentre en particulier sur de nouveaux fermions car ils sont une prédiction commune à un ensemble de théories au delà du modèle standard fortement motivés. L'objet principal de cette approche est d'étudier l'effet de ces nouveaux fermions à la lumière des mesures récentes des couplages du Higgs. La seconde approche est plus théorique, elle est basée sur une théorie ultra-violette. On se concentre sur le modèles de Higgs composite qui ont pour vocation de résoudre le problème de hiérarchie de l'échelle électro-faible. Les modèles de Higgs composite étant réalisés dans le cadre d'un nouveau secteur fortement couplé constitué de nouveaux fermions fondamentaux, on étudie la dynamique non-perturbative avec le modèle de Nambu et Jona-Lasinio. On dérive par exemple dans ce contexte le spectre des résonances les plus légères que l'on pourra peut-être observer dans un proche futur au LHC ou à d'autre collisionneurs. / Despite its impressive success, the standard model of particle physics does not account for every experimental observations.In addition, it has some theoretical puzzles in its formulation that seem to require more fundamental explanations.Then, instead of an ultra-violet complete theory, the standard model should rather be viewed as an effective description of a more fundamental theory and new physics should be introduced.We follow two different approaches of new physics.In the first one, we extend the standard model by only few new states assuming that the heavier states are decoupled from the electro-weak scale.This approach is mostly phenomenological as by hypothesis the extensions that we consider are a low energy manifestation of a more complete theory.We particularly focus on new fermions as they are a common prediction of a lot of well-motivated beyond the standard model theories.The main purpose is to study the effect of these new fermions in light of the recent Higgs couplings measurements.%The second approach has a more theoretical origin and is based on an ultra-violet complete theory.We focus on composite Higgs models that aim to solve one theoretical puzzle of the standard model, that is, the hierarchy problem of the electro-weak scale.The composite Higgs paradigm being realised by a new strongly interacting sector made of new fundamental fermions, we study the non-perturbative dynamics using the Nambu and Jona-Lasinio model.We derive for instance the spectrum of the lightest resonances which could be observed in a near future at the LHC or at some other colliders.

Nous présentons ici, l'analyse détaillée et l'étude de la stabilité de nouvelles solutions de type vortex dans le secteur bosonique de la théorie électrofaible. Les nouvelles solutions généralisent le plongement des solutions d'Abrikosov-Nielsen-Olesen dans la théorie électrofaible et reproduisent les résultats précédemment connus. Les vortex, génériquement porteurs d'un courant électrique, sont constitués d'un coeur massif de bosons chargés W entouré d'une superposition non-linéaire de champs Z et Higgs. Au loin la solution est purement électromagnétique avec un potentiel de Biot et Savart. Les solutions sont génériques de la théorie et existent en particulier pour les valeurs expérimentales des constantes de couplage. Il est en particulier démontré que le courant dont l'échelle typique est le milliard d'Ampères peut être arbitrairement grand. Dans un second temps la stabilité linéaire des vortex supraconducteurs vis-à-vis des perturbations génériques est considérée. Le spectre de l'opérateur de fluctuations est étudié qualitativement. Lorsque des modes instables sont détectés, ils sont explicitement construits ainsi que leurs relations de disperion. La plupart des modes instables sont supprimés par une périodisation du vortex. Il subsiste cependant un unique mode instable homogène. On peut espérer qu'un tel mode puisse être supprimé par des effets de courbure si une portion de vortex est refermée afin de former une boucle stabilisée par le courant électrique.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Nous présentons ici, l’analyse détaillée et l’étude de la stabilité de nouvelles solutions de type vortex dans le secteur bosonique de la théorie électrofaible. Les nouvelles solutions généralisent le plongement des solutions d’Abrikosov-Nielsen-Olesen dans la théorie électrofaible et reproduisent les résultats précédemment connus. Les vortex, génériquement porteurs d’un courant électrique, sont constitués d’un coeur massif de bosons chargés Wentouré d’une superposition non-linéaire de champs Z et Higgs. Au loin la solution est purement électromagnétique avec un potentiel de Biot et Savart. Les solutions sont génériques de la théorie et existent en particulier pour les valeurs expérimentales des constantes de couplage. Il est en particulier démontré que le courant dont l’échelle typique est le milliard d’Ampères peut être arbitrairement grand. Dans un second temps la stabilité linéaire des vortex supraconducteurs vis-à-vis des perturbations génériques est considérée. Le spectre de l’opérateur de fluctuations est étudié qualitativement. Lorsque des modes instables sont détectés, ils sont explicitement construits ainsi que leurs relations de dispersion. La plupart des modes instables sont supprimés par une périodisation du vortex. Il subsiste cependant un unique mode instable homogène. On peut espérer qu’un tel mode puisse être supprimé par des effets de courbure si une portionde vortex est refermée afin de former une boucle stabilisée par le courant électrique. / In this dissertation, we analyze in detail the properties of new string-like solutions of the bosonic sector of the electroweak theory. The new solutions are current carrying generalizations of embedded Abrikosov-Nielsen-Olesen vortices. We were also able to reproduce all previously known features of vortices in the electroweak theory. Generically vortices are current carrying. They are made of a compact conducting core of charged Wbosons surrounded by a nonlinear superposition of Z and Higgs field. Faraway from the core, the solution is described by purely electromagnetic Biot and Savart field. Solutions exist for generic parameter values including experimental values of the coupling constants. We show that the current whose typical scale is the billion of Ampères can be arbitrarily large.In the second part the linear stability with respect to generic perturbations is studied. The fluctuation spectrum is qualitatively investigated. When negative modes are detected, they are explicitly constructed and their dispersion relation is determined. Most of the unstable modes can be eliminated by imposing periodic boundary conditions along the vortex. However there remains a unique negative mode which is homogeneous. This mode can probably be eliminated by curvature effects if a small piece of vortex is bent into aloop, stabilized against contraction by the electric current.

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La chromodynamique quantique décrit le proton comme étant trois quarks de valence qui baignent dans une mer de paires quarks-antiquarks et de gluons. Un programme expérimental international, dans lequel se place l'expérience PVA4, a pour but de quantifier la contribution des quarks étranges aux distributions de charge et de courant du nucléon. Pour déterminer expérimentalement cette contribution, des expériences de diffusion élastique d'électrons polarisés longitudinalement sur une cible d'hydrogène liquide sont réalisées. Deux types d'interaction interviennent dans ces expériences : l'interaction électromagnétique (échange de photon virtuel), qui domine, et l'interaction faible (échange de boson Z0). La non-conservation de la parité dans l'interaction faible au cours de ces expériences induit une asymétrie du taux de comptage en fonction de l'hélicité des électrons incidents. Une difficulté de ces expériences est qu'elles nécessitent de maîtriser les erreurs systématiques et d'enregistrer de fortes statistiques du fait de la faible asymétrie escomptée (de l'ordre de 10-5 à 10-6 selon l'impulsion transférée). Ce document présente la première séparation de Rosenbluth propre à PVA4 à Q² = 0.23 (GeV/c)². Nous développons le formalisme lié à la violation de parité pour séparer les facteurs de forme étranges. Nous décrivons le dispositif expérimental de PVA4 dédié à la mesure et nous détaillons la technique basée sur la méthode de Monte Carlo pour extraire la contribution étrange. Nous présentons les résultats de l'analyse. Nous montrons alors que la partie électrique étrange est compatible avec la valeur nulle et qu'une contribution non nulle de la partie magnétique étrange est possible.

La polarisation des quarks top produit par interaction électrofaible permet de sonder la structure du vertex Wtb et en particulier de tester le couplage vecteur gauche prévu dans le cadre du Modèle Standard et de rechercher les couplages anormaux droit et tenseur introduits par plusieurs théories au-delà du Modèle Standard. Cette thèse présente la mesure de la polarisation des quarks top produits par interaction électrofaible à partir des données correspondantes à une luminosité integrée de 4,7 fb-1 enregistrées en 2011 par le détecteur ATLAS dans les collisions proton-proton du LHC à l'énergie centre de masse de 7 TeV. La polarisation est extraite des distributions angulaires reconstruites dans une base de spin spécifique pour les événements de production de quark top en voie-t. Le contexte théorique de production de quarks top par interactions forte et électrofaible dans les collisionneurs hadroniques est tout d'abord introduit. Ensuite, le détecteur, les performances de reconstruction des objets physiques ainsi que la sélection des événements avec une signature de top quark électrofaible en voie-t sont décrits. Les méthodes de déconvolution et de convolution utilisées pour extraire la polarisation sont ensuite présentées et testées avec différentes configurations. Les résultats obtenus ainsi que les incertitudes théoriques, expérimentales et statistiques sont finalement examinées. Cette thèse présente la première mesure avec le détecteur ATLAS de la polarisation des quarks top électrofaibles. Les résultats obtenus sont compatibles avec les prédictions du Modèle Standard et contribueront à contraindre de manière significative les couplages Wtb anormaux.

Ce document de thèse présente un travail à la fois instrumental et de prospective pour la Physique dans le cadre de l'expérience LHCb, sise auprès de la machine LHC, au Cern, dont la mise en service est prévue au printemps 2008. Collisionneur proton-proton délivrant une énergie dans le centre de masse de 14 TeV, le LHC produira nominalement dans l'expérience LHCb 1012 paires de particules belles par an. Après les succès expérimentaux remarquables enregistrés par les usines à mésons B BaBar (SLAC) et Belle (KEK), le Modèle Standard (MS) de la Physique des Particules accommode correctement l'ensemble des données de la Physique des Saveurs et singulièrement le mécanisme CKM est établi comme la source dominante de violation de la symétrie CP dans les systèmes de particules contenant un quark beau ou un quark étrange. La très grande statistique dont disposera l'expérience LHCb devrait permettre à la fois la scrutation de modes rares particulièrement sensibles à des contributions de Nouvelle Physique et des mesures de précision pour une métrologie améliorée des paramètres pertinents du MS. Dans ce cadre, il sera possible de faire une exploration systématique des propriétés du méson $B{^0} _{s}$. Ce travail de thèse porte sur la faisabilité d'une mesure précise du temps de vie de la composante courte de cette particule par l'étude de sa désintégration $B{^0} _{s}\ to \ D ^{+}_{s} D^{-}_{s}$ dont l'état final est CP pair. Nous avons montré qu'une précision de 2% pouvait être atteinte après une année de prise de données à la luminosité nominale et contraignait significativement la différence de largeurs $ \Delta Gamma _ {s} /Gamma {s}$. L'autre volet de ce travail de thèse concerne la qualification des photodétecteurs qui équipent le détecteur de pieds de gerbe pour lequel l'équipe de Clermont a la responsabilité de l'entièreté de la chaîne de lecture. Le photodétecteur que nous avons retenu est un photomultiplicateur compact 64 anodes produit par la compagnie Hamamatsu. J'ai participé à la caractérisation systématique et à la certification des 100 tubes du détecteur au moyen d'un banc de test spécialement conçu à cette fin. Un élément crucial de ces études à été la mise en évidence d'une diaphonie entre canaux inacceptable au regard des spécifications de physique pour une fraction non négligeable de la production et la sélection finale du nombre de tubes nécessaires qui satisfaisaient tous les critères d'acceptation.

Cette thèse est faite dans le cadre de l'ILC. La détermination des couplages électrofaible du quark top, est une des tâches à l'ILC. La thèse est consacrée à la mesure de l'asymétrie avant-arrière dans des paires de quark top, à 500 GeV, utilisant deux configurations de polarisation de faisceau, dans la chaîne de désintégration purement hadronique. Le quark top se désintègre à un quark b et un boson W, presque exclusivement. L'état final, qui consiste de six jets, est analysé utilisant la simulation de détecteur complète. Deux jets avec le b-tag la plus haute, sont pris comme des b jets et les quatre jets qui restent, sont utilisés pour reconstruire les Ws. L'identification des quarks top et anti-top est faite en utilisant la charge de vertex du quark b. Les précisions sur la section efficace sont aussi calculées. On trouve que l'ILC sera capable de mesurer les couplages électrofaible du quark top, avec une précision meilleur que 0.5%. Cette thèse inclut aussi une chapitre sur l'optimisation de calorimètre Électromagnétique Si-W du International Large Detector(ILD), un des deux détecteurs à l'ILC. L'ECAL d'ILD, consistera en couches alternatives de Silicium et le Tungstène, où des couches de Silicium sont des couches actives, et le Tungstène est le matériel passif. Les couches de Silicium sont divisées en 'wafer', entourées par des anneaux de protection(guard rings), pour éviter les courants de fuite. L'analyse est concentrée pour optimiser la taille d'anneau de garde. Les résultats montrent que un anneau de protection de taille jusqu'à 2mm, ne dégrades pas la performance d'ECAL gravement. La thèse est divisée en 6 chapitres. Le premier chapitre donne un résumé du Modèle Standard. Le deuxième chapitre est consacré aux aspects théoriques de la physique de quark top à l'ILC. On donne une description détaillée de l'ILD et ses sous-détecteurs dans le 3ème chapitre. Le 4ème chapitre présente les études de l'optimisation de Si-W ECAL. Le 5ème chapitre contient les détails d'analyse de production tt à ILC et la mesure de l'AFBt. Le dernier chapitre contient le résumé des résultats. / This thesis is done in the framework of the ILC. The determination of the electroweak couplings of the top quark, is one of the tasks at the ILC. The thesis is dedicated to the measurement of the Forward-backward asymmetry in top quark pairs, at 500 GeV, using two beam polarization configurations, in the fully hadronic decay channel. The top quark almost exclusively decays to a b quark and a W boson. The 6 jet final state is analyzed using full detector simulation. Two jets with highest b-tag are taken as b jets and the remaining four jets are used to reconstruct the W s. The identification of the top and anti-top quarks is done by using the vertex charge of the b quark. Precisions on the production cross sections are also calculated. This thesis also includes a chapter on the optimization of the Si-W Electromagnetic calorimeter of the International Large Detector (ILD), one of the two detectors at the ILC. The ECAL of ILD, will consist of alternate layers of Silicon and Tungsten, where Silicon layers are active layers, while Tungsten is passive material. The Silicon layers are divided into wafers, surrounded by guard rings, to avoid the leakage currents. The analysis is focused to optimize the guard ring size. The thesis is divided into 6 chapters. The first chapter gives a brief over view of the Standard Model. The second chapter is dedicated to the theoretical aspects of the top quark physics at the ILC. A detailed description of the ILD and its sub-detectors is given in the 3rd chapter. The 4th chapter presents the studies of the optimization of Si-W ECAL guard ring size. The 5th chapter contains the details of analysis of tt production at ILC, and measurement of the AFBt . The last chapter contains the summary of the results.

Cette thèse porte sur l'étude de la production électrofaible du quark top (voies $s$ et $t$) dans les <br />collisions ppbar au <br />Tevatron dans l'expérience D0 pour une luminosité intégrée de 370~pb$^{-1}$. Ce processus reste <br />inobservé.<br />L'identification du jet de quark beau issu de la désintégration du top joue un rôle central dans l'analyse.<br />Les paramètres d'impact des traces associées à un jet sont convertis en une probabilité que ce jet <br />provienne du vertex primaire. Cet algorithme atteint une efficacité de 45% pour environ 0.5% de bruit <br />de fond.<br />La signature recherchée consiste en 2 à 4 jets, dont un jet de quark beau, un lepton chargé et de <br />l'énergie manquante. Une analyse multivariable est développée pour séparer le signal des fonds <br />dominants. La sensibilité de l'analyse ne permet pas encore la mise en évidence du signal et des <br />limites supérieures à 95% de niveau de confiance sur les sections efficaces de production de <br />5~pb (voie $s$) et 4.3~pb (voie $t$) sont obtenues.