La recherche du boson de Higgs ainsi que celle de nouvelle physique auprès du LHC requiert une excellente compréhension des processus du Modèle Standard du fait de leurs signatures expérimentales similaires. La capacité de mesurer le plus précisément possible l'énergie des objets reconstruits dans les détecteurs est par ailleurs primordiale à la fois pour effectuer des mesures de précision et pour accroître la sensibilité des analyses à des signaux de physique au-delà du Modèle Standard. Les travaux présentés dans cette thèse s'attachent à ces deux points par l'étude d'événements contenant un ou plusieurs jets associés à un boson Z avec le détecteur ATLAS. D'une part, ces événements sont utilisés pour améliorer la calibration en énergie des jets de faible impulsion transverse, d'une importance capitale pour les analyses utilisant le dénombrement de jets ou leur veto. D'autre part la section efficace différentielle de production de ces événements est mesurée en fonction de nombreuses observables et comparée à diverses prédictions théoriques. Ces mesures pourront être utilisées pour améliorer les prédictions qui servent de modèles de bruit de fond dans des analyses sur le boson de Higgs et de recherche de physique au-delà du Modèle Standard.

Le Modèle Standard, qui régit la physique des particules, a été jusqu'à présent confirmé par l'expérience. Cependant, les questions qu'il laisse en suspens ont conduit à proposer plusieurs modèles permettant son extension. L'un de ces modèles postulant l'existence d'une quatrième famille de fermions permet de résoudre certaines des lacunes du Modèle Standard. Ce travail, effectué dans le cadre de l'expérience ATLAS au LHC, présente des méthodes permetttant de découvrir le quark up de quatrième génératition u4 produit par paire qui se désintègre de manière semi-leptonique. Une méthode de calibration de l'énergie des jets ainsi qu'une méthode d'évaluation de la résolution de cette énergie sont d'abord présentées car essentielles pour des mesures précises. Nous décrivons ensuite une méthode pour découvrir le quark u4 tout en évaluant le potentiel de découverte. Enfin une mesure de la masse de ce quark est alors réalisée dans l'hypothèse où une découverte a été effectuée.

La recherche du boson de Higgs ainsi que celle de nouvelle physique auprès du LHC requiert une excellente compréhension des processus du Modèle Standard du fait de leurs signatures expérimentales similaires. La capacité de mesurer le plus précisément possible l'énergie des objets reconstruits dans les détecteurs est par ailleurs primordiale à la fois pour effectuer des mesures de précision et pour accroître la sensibilité des analyses à des signaux de physique au-delà du Modèle Standard. Les travaux présentés dans cette thèse s'attachent à ces deux points par l'étude d'événements contenant un ou plusieurs jets associés à un boson Z avec le détecteur ATLAS. D'une part, ces événements sont utilisés pour améliorer la calibration en énergie des jets de faible impulsion transverse, d'une importance capitale pour les analyses utilisant le dénombrement de jets ou leur veto. D'autre part la section efficace différentielle de production de ces événements est mesurée en fonction de nombreuses observables et comparée à diverses prédictions théoriques. Ces mesures pourront être utilisées pour améliorer les prédictions qui servent de modèles de bruit de fond dans des analyses sur le boson de Higgs et de recherche de physique au-delà du Modèle Standard. / The Higgs boson search as well as searches for new physics at the LHC require a very good understanding of Standard Model processes due to their similar experimental signatures. In addition, the ability to precisely measure the energies of reconstructed objects within the detectors is crucial in order to perform precision measurements and to improve the sensitivity to physics signals beyond the Standard Model. The results presented in this thesis address these two points by studying events containing one or several jets associated to a Z boson with the ATLAS detector. These events are used to improve the jet energy calibration in the low transverse momentum regime, which is important for analyses making use of jet counting or jet veto. The differential cross section for the production of such events is also measured as a function of several observables and compared to various theoretical predictions. These measurements will serve to improve the predictions used to model background contamination in Higgs analyses and searches for new phenomena.

Le Modèle Standard est le cadre qui permet de décrire les interactions entre les particules et leur dynamique. Le mécanisme de Higgs est une solution pour introduire naturellement un terme de masse dans la description théorique de ce modèle. Après la rupture spontanée de la symétrie électrofaible, une nouvelle particule scalaire massive est introduite, le boson de Higgs. Comme celui-ci n'a pas encore été découvert, la recherche du boson de Higgs est effectué au Tevatron, qui est un collisionneur pp ̄ à une énergie au centre de masse de 1.96 TeV. Pour MH = 135 GeV, le mode de désintégration dominant est H → bb ̄. L'analyse présentée dans ce document est axée sur le domaine en masse 100 < MH < 150 GeV, dans le canal où le boson de Higgs est produit en association avec un boson W se désintègrant en un lepton chargé (électron ou muon) et un neutrino. L'étude de cet état final repose sur les informations recueillies auprès de toutes les parties du détecteur DØ. Un résultat basé sur 5.3 fb−1 de collisions récoltées durant le RunII du Tevatron est présenté ici. Afin d'augmenter la sensibilité au signal, l'analyse est séparée en sous-canaux en fonction de la saveur du lepton considéré, le nombre de jets dans l'état final, le nombre de jets identifiés comme provenant de quarks b et par périodes de prise de données. Après sélection des événements, une technique d'analyse multivariée est utilisée pour séparer les événements de type signal du bruit de fond physique et instrumental attendu. Comme un bon accord entre les données et simulation est observé, une limite supérieure observée (attendue) de 4.5 (4.8) est placée (pour MH = 115 GeV) sur le rapport entre la section efficace pp ̄ → W H multipliée par le rapport d'embranchement H → bb ̄ et la prédiction du Modèle Standard, à 95% de niveau de confiance. Alors que les dernières données du Tevatron sont en cours d'analyse, les perspectives de recherche au Tevatron sont exposées ici. Les améliorations futures pour la publication finale sur la recherche dans le canal WH → lνbb ̄ sont présentées. La masse invariante dijet étant la variable la plus discriminante, l'amélioration de la résolution du pic de masse est un enjeu important, ainsi que l'optimisation de l'utilisation des outils d'identification de jets de quarks b et du discriminant final. Une amélioration significative est obtenue au niveau de la limite.

En 2011, le LHC a fourni près de 5 fb−1 de données aux expériences. Ces données ont été utilisées pour comprendre plus avant les détecteurs, leurs performances et effectuer des analyses de physique. Cette thèse est organisée en cinq chapitres. Le premier est une introduction théorique au Modèle Standard et à une de ses extensions possible : la TechniCouleur. Le deuxième chapitre donne un bref aperçu de l'accélérateur LHC et de l'expérience ATLAS. Dans le troisième chapitre, l'un des principaux sous-système de l'expérience ATLAS est présenté : le calorimètre à argon liquide. L'algorithme de contrôle de l'acquisition et de la qualité des données que j'ai développé au cours de ma thèse est également présenté. Le quatrième chapitre présente une étude des performances de la reconstruction des jets basée sur l'ensemble des données acquises en 2010. Cette étude a montré qu'en 2010, la résolution en énergie des jets dans le Monte-Carlo a été sous-estimée d'un facteur relatif d'environ 10% par rapport aux données. Cette étude a été ensuite reconduite pour évaluer l'impact de la réduction de la HV dans des zones du calorimètre sur la résolution en énergie des jets. Cet impact a été jugée négligeable. Pour des jets produits avec une rapidité |y| < 0.8, l'augmentation de la résolution en énergie due à la réduction de la HV, est évaluée à moins de 3 % pour un jet de pT = 30 GeV jet, et moins de 0,1 % pour un jet de pT = 500 GeV. Enfin, le dernier chapitre de cette thèse présente une étude de l'état final Wgamma. La contribution des différents processus du MS participant à cet état final a été estimée à partir du Monte Carlo et des données. Une recherche de résonances étroites a ensuite été effectuée en utilisant la distribution M(W,gamma) dans un intervalle [220,440] GeV, mais aucun écart significatif des prédictions du MS n'a été observé. Cette étude a permis de fixer des limites sur la production de particules TC correspondant à M(a_{T}) > 265 GeV ou M(\rho_{T}) > 243 GeV. / In 2011 the LHC has provided almost 5 fb-1 of data to the experiments. These data have been used to perform a deep commissioning of the detectors, understand the performances of the detector and perform physics analysis. This thesis is organized in five chapter. The first one is a theoretical introduction to the Standard Model and to one of its possible extension: the TechniColor. The second chapter gives a brief overview of the LHC and the ATLAS experiments. In the third chapter one of the key subsystem of the ATLAS experiment is presented: the LAr calorimeters. The monitoring of the data acquisition developed during my thesis is also presented in this chapter. The fourth chapter presents a study of the jet performances based on the data set acquired in 2010. This study has shown that in 2010, the Monte Carlo was underestimating the jet energy resolution by a relative factor of about $10\%$. This study was refocused to evaluate the impact of the reduced LAr HV area on the jet energy resolution. The impact of the HV reduced region was found to be negligible. For jets produced with a rapidity |y|<0.8, the increase of energy resolution due to the HV reduction, is evaluated at less than 3% for a pT=30 GeV jet, and less than 0.1% for a pT=500 GeV jet. Finally the last chapter of this thesis present a study of the Wgamma final state. The standard model backgrounds contributing to this final state were estimated from Monte Carlo and from data. A search for narrow resonances was then conducted using the M(Wgamma) distribution in a range [220,440] GeV, but no significant deviation from the SM was observed. This study has allowed to set limits on the production of TC particles corresponding to M(a_{T}) > 265 GeV or M(\rho_{T}) > 243 GeV.

En 2011, le LHC a fourni près de 5 fb−1 de données aux expériences. Ces données ont été utilisées pour comprendre plus avant les détecteurs, leurs performances et effectuer des analyses de physique. Cette thèse est organisée en cinq chapitres. Le premier est une introduction théorique au Modèle Standard et à une de ses extensions possible : la TechniCouleur. Le deuxième chapitre donne un bref aperçu de l'accélérateur LHC et de l'expérience ATLAS. Dans le troisième chapitre, l'un des principaux sous-système de l'expérience ATLAS est présenté : le calorimètre à argon liquide. L'algorithme de contrôle de l'acquisition et de la qualité des données que j'ai développé au cours de ma thèse est également présenté. Le quatrième chapitre présente une étude des performances de la reconstruction des jets basée sur l'ensemble des données acquises en 2010. Cette étude a montré qu'en 2010, la résolution en énergie des jets dans le Monte-Carlo a été sous-estimée d'un facteur relatif d'environ 10% par rapport aux données. Cette étude a été ensuite reconduite pour évaluer l'impact de la réduction de la HV dans des zones du calorimètre sur la résolution en énergie des jets. Cet impact a été jugée négligeable. Pour des jets produits avec une rapidité |y| < 0.8, l'augmentation de la résolution en énergie due à la réduction de la HV, est évaluée à moins de 3 % pour un jet de pT = 30 GeV jet, et moins de 0,1 % pour un jet de pT = 500 GeV. Enfin, le dernier chapitre de cette thèse présente une étude de l'état final Wgamma. La contribution des différents processus du MS participant à cet état final a été estimée à partir du Monte Carlo et des données. Une recherche de résonances étroites a ensuite été effectuée en utilisant la distribution M(W,gamma) dans un intervalle [220,440] GeV, mais aucun écart significatif des prédictions du MS n'a été observé. Cette étude a permis de fixer des limites sur la production de particules TC correspondant à M(a_{T}) > 265 GeV ou M(\rho_{T}) > 243 GeV.

L'expérience CMS auprès du LHC, grand collisionneur de hadrons, est un détecteur généraliste qui permet d'étudier tous les aspects des collisions proton-proton produites par le LHC : de l'étude du Modèle Standard et du boson de Higgs à la recherche de signaux de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.La première partie de cette thèse est dédiée à la calibration en énergie des jets dans CMS, un des plus grands défis et une étape fondamentale pour la réussite du programme de physique dans cet environnement hadronique. Plus particulièrement, l'étude des événements multijets permet de contraindre l'échelle en énergie des jets au-delà du TeV. Les corrections en énergie ainsi extraites sont primordiales pour les analyses de physique utilisant des jets, et sont utilisées par toute la collaboration CMS.La deuxième partie est consacrée à la recherche de particules de spin 0 se désintégrant en paires de quarks top-antitop. En effet, de nombreux modèles de nouvelle physique prédisent de nouvelles particules scalaires ou pseudoscalaires avec un fort couplage au quark top. Une étude phénoménologique de deux de ces modèles est présentée, à savoir les modèles à deux doublets de Higgs (2HDM) et l'extension supersymétrique minimale du Modèle Standard (MSSM). Ces modèles offrent tous deux un secteur de Higgs enrichi avec entre autre deux bosons de Higgs neutres additionnels, un scalaire et un pseudoscalaire. Une analyse du spectre de masse invariante des paires top-antitop utilisant les données collectées par CMS en 2012 à une énergie dans le centre de masse de 8 TeV visant à mettre en évidence l'existence de telles particules est menée. Cette analyse prend en compte pour la première fois les effets des interférences entre la production des paires top-antitop du Modèle Standard et la production résonante à travers la nouvelle particule de spin 0. Il est montré que l'impact des interférences ne peut être négligé. Aucune déviation par rapport aux prédictions théoriques du Modèle Standard n'a été observée dans le spectre de masse invariante des paires top-antitop. Un premier aperçu des données à 13 TeV est également présenté / The CMS experiment at the LHC, the Large Hadron Collider, is a general-purpose detector built to study the proton-proton collisions produced by the LHC, corresponding to a broad physics programme ranging from studying the Standard Model and the Higgs bosons to searching for signal of new physics beyond the Standard Model.The first part of this thesis is dedicated to the jet energy calibration in CMS, one of the most challenging and crucial steps for the sucess of the physics programme within the hadronic environment. More specifically, the study of multijet events allows to constraint the jet energy scale beyond the TeV-scale. The jet energy corrections thus obtained are fundamental for the physics analyses using jets, and are used by all the CMS collaboration.The second part of this manuscript is dedicated to the search for new spin 0 particles decaying into top-antitop quarks pairs. Indeed, several new physics models predict new scalar or pseudoscalar particles with an enhanced coupling to the top quark. A phenomenological study of two of those models is presented, namely the two higgs doublet models (2HDM) and the minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM). These models both offer an enriched Higgs sector with in particular two additional neutral Higgs bosons, one scalar and one pseudoscalar. The analysis of the top-antitop pairs mass spectrum using data collected by CMS in 2012 at an energy in the center of mass of 8 TeV is presented, looking for such particles. This search takes into account for the first time the effects of interference between Standard Model top-antitop pairs production and its resonant production through the spin 0 particle. This work shows the impact of interference cannot be neglected. No deviation from the Standard Model predictions has been observed in the top-antitop mass spectrum. A first look at 13 TeV data is also presented

La première partie de cette thèse est dédiée à l’extraction des corrections de l’échelle en énergie des jets dans l’expérience CMS du LHC. Les diverses méthodes d’extraction sont détaillées, en insistant tout particulièrement sur l’utilisation des événements photon + jets. Les corrections ainsi extraites sont primordiales pour les analyses de physique utilisant des jets, et sont d’ores et déjà utilisées par toute la collaboration.La deuxième partie présente la recherche de physique au-delà du Modèle Standard dans le secteur du quark top. De nombreux modèles de nouvelle physique prédisent en effet de nouvelles particules, pouvant se manifester comme des résonances dans le spectre de masse top-antitop. Deux analyses sont présentées dans cette thèse, une dédiée à la recherche des résonances de spin 1 et une dédiée à la recherche de résonances de spin 0, où les phénomènes d’interférences avec le Modèle Standard sont pris en compte / The first part of this thesis is dedicated to the extraction of jet energy scale corrections for the CMS experiment at the LHC. Various extraction methods are described, with a particular interest on corrections extraction using photon + jets events. These corrections are necessary for all analyses using jets and are already used by the whole collaboration. The second part presents the searches for new physics beyond the Standard Model. Many models of new physics predict new particles with enhanced coupling to the top quark, which can show up as resonances in the top-antitop invariant mass spectrum. Two separate analyses are described in this thesis, one dedicated to the search of spin 1 resonances and one dedicated to the search of spin 0 resonances, where interference effects with the Standard Model production are taken into account