Cette thèse a été réalisée entre 2014 et 2017 en vue de la préparation d'une mission probatoire du projet Imageur de Fresnel permettant de réaliser des observations astronomiques dans le domaine ultraviolet (UV). Il s'agit d'un modèle de télescope spatial diffractif imaginé et développé principalement par Laurent Koechlin depuis 2004. Son optique primaire est une grille de Fresnel, optique très légère (de l'ordre du kilogramme) parfaitement adaptée pour servir à une mission d'observation spatiale de très grande envergure, utilisant le principe des réseaux zonés de Fresnel. Afin de prouver la faisabilité d'une mission probatoire sur la Station Spatiale Internationale (ISS) fonctionnant dans l'ultraviolet, l'instrument doit d'abord faire la preuve de ses performances au sol. Le premier objectif a donc été de concevoir un nouveau prototype sol adapté à l'observation dans l'ultraviolet. Cela a nécessité la définition d'une nouvelle configuration de l'ensemble du système imageur, ainsi que la réalisation de nouvelles optiques, et en particulier celle du correcteur du chromatisme induit par la grille d'un nouveau genre. Il s'agit d'un miroir de Fresnel blazé concave, qui a été réalisé pour la première fois avec succès. Le second a été de perfectionner le modèle de grille de Fresnel, afin d'en améliorer ses qualités de haut contraste en conservant sa résolution maximale. Cela s'est fait par la modification des barreaux de maintien des anneaux, ainsi que par l'application d'une apodisation adaptée à cette optique particulière. La nouvelle grille du prototype d'une largeur de 65 mm seulement, permet théoriquement d'atteindre une dynamique de 10^6 à 15 resels (éléments de résolution), probablement meilleure avec la grille qui sera utilisée pour la mission probatoire, et bien supérieure encore avec les grilles de grandes dimensions si un jour elles sont utilisées pour l'astrophysique UV. / This Ph.D. thesis work was made between 2014 and 2017, in order to prepare a probatory mission of the Fresnel Imager for astronomical observations in the ultraviolet (UV) domain. The Fresnel Imager is a concept of diffractive telescope created and developed mainly by Laurent Koechlin since 2004. Its primary optics is a Fresnel grid: a very light weight optics (in the range of kilograms) using the principle of Fresnel zone plates. Fresnel arrays are adapted to large apertures in space. In order to prove the feasibility of a probatory mission on the International Space Station (ISS), the instrument has first to prove its performances on the ground. The initial goal of my thesis was to conceive a new prototype adapted to UV. This required a new configuration of the entire imaging system, as well as the realization of new optics, particularly those correcting the chromatism induced by that new kind of diffractive imaging. This chromatic corrector is a concave blazed Fresnel mirror, which has been successfully realized for the first time. The second goal was to improve the design of the Fresnel grid, in order to enhance its high contrast performances while preserving its diffraction-limited resolution. This was obtained by modifying the setup which holds the rings in place, as well as by the application of an apodization adapted to this particular optics. The new Fresnel grid in the prototype is 65 mm x 65 mm only, but its point spread function reaches a dynamic range of 10^6 at 15 resels (resolution element) from center. This will be further improved when a slightly larger array planned for the probatory mission on the ISS. Later, space missions could feature Fresnel grids several meters in size, yielding diffraction-limited images in the UV.

Einer der Hauptzweige innerhalb der String-Theorie, der sich um die Konstruktion phänomenologisch relevanter Modelle bemüht, beschäftigt sich mit sich schneidenden D-Branen. Nach einer allgemeinen Einleitung in die Stringtheorie, werden sowohl Torus- als auch Z_N-Orientifolde detailliert dargestellt. Es wird auf das Bild von D9-Branen mit externen B-Feldern eingegangen, aber das Hauptaugenmerk liegt auf dem T-dualen Bild sich schneidender D6-Branen. Die Forderung nach einer Abwesenheit von R-R und NS-NS Tadpolen wird im Formalismus der konformen Feldtheorie hergeleitet. Verschiedene Aspekte der chiralen und nicht-chiralen masselosen Spektren geschlossener und offener Strings werden behandelt, wie Raumzeit-Anomalien, der generalisierte Green-Schwarz-Mechanismus und verschiedene Mechanismen zur Brechung der Eichgruppen. Anschließend werden sowohl der supersymmetrische wie auch der nicht-supersymmetrische Zugang zur Bildung niederenergetischer Modelle diskutiert. Das Problem komplexer Strukturinstabilitäten auf dem Torus wird erfolgreich in einem Z_3-Orientifold-Modell behoben. Es wird ein dem Standard-Modell ähnliches Drei-Generationen-Modell konstruiert, das neben den üblichen Eichgruppen noch eine zusätzliche globale B-L-Symmetrie besitzt. Somit sind weder der elektroschwache Higgs-Mechanismus noch die üblichen Yukawa-Kopplungen in diesem Modell realisiert. Es wird gezeigt, daß der natürliche Ursprung dieses Modells ein flipped SU(5)-GUT-Modell ist. Die Stringskala muß hierbei wenigstens von der Größenordnung der GUT-Skala angenommen werden. Anschließend werden supersymmetrische Modelle auf dem Z_4-Orbifold besprochen, einem Hintergrund, der auch exzeptionelle 3-Zyklen zuläßt. Es werden fraktionale D-Branen explizit konstruiert. Schließlich wird als Beispiel ein Pati-Salam-Modell dargestellt, welches drei Fermion-Generationen besitzt. Dieses Modell ergibt sich nach der Anwendung verschiedener Branenrekombinations-mechanismen und beinhaltet nicht-flache und nicht-faktorisierbare D-Branen. Es wird ebenfalls gezeigt, wie dieses Modell auf ein MSSM-artiges Modell heruntergebrochen werden kann, welches eine masselose Hyperladung besitzt. Im letzten Teil wird der Frage nachgegangen, ob instabile Modulusfelder des Sektors geschlossener oder offener Strings möglicherweise für die Phase der Inflation innerhalb der kosmischen Entwicklung unseres Universums verantwortlich gewesen sein können. Damit dies der Fall sein kann, müssen potentielle Inflaton-Kandidaten die Slow-Roll-Bedingung erfüllen. Dies ist in der diskutierten Modellklasse für die geschlossenen String-Felder nur für den sehr speziellen Fall möglich, daß einige Felder als eingefroren behandelt werden und zudem ein spezielles Koordinatensystem verwendet wird. Im Sektor der offenen Strings konnte auf One-loop-Niveau kein Modulusfeld die Bedingung erfüllen. / Intersecting branes have been the subject of an elaborate string model building for several years. After a general introduction into string theory, this work introduces in detail the toroidal and Z_N-orientifolds. The picture involving D9-branes with B-fluxes is shortly reviewed, but the main discussion employs the T-dual picture of intersecting D6-branes. The derivation of the R-R and NS-NS tadpole cancellation conditions in the conformal field theory is shown in great detail. Various aspects of the open and closed chiral and non-chiral massless spectrum are discussed, involving spacetime anomalies and the generalized Green-Schwarz mechanism. An introduction into possible gauge breaking mechanisms is given, too. Afterwards, both N=1 supersymmetric and non-supersymmetric approaches to low energy model building are treated. Firstly, the problem of complex structure instabilities in toroidal OmegaR-orientifolds is approached by a Z_3-orbifolded model. In particular, a stable non-supersymmetric standard-like model with three fermion generations is discussed. This model features the standard model gauge groups at the same time as having a massless hypercharge, but possessing an additional global B-L symmetry. The electroweak Higgs mechanism and the Yukawa couplings are not realized in the usual way. It is shown that this model descends naturally from a flipped SU(5) GUT model, where the string scale has to be at least of the order of the GUT scale. Secondly, supersymmetric models on the Z_4-orbifold are discussed, involving exceptional 3-cycles and the explicit construction of fractional D-branes. A three generation Pati-Salam model is constructed as a particular example, where several brane recombination mechanisms are used, yielding non-flat and non-factorizable branes. This model even can be broken down to a MSSM-like model with a massless hypercharge. Finally, the possibility if unstable closed and open string moduli could have played the role of the inflaton in the evolution of the universe is being explored. In the closed string sector, the important slow-rolling requirement can only be fulfilled for very specific cases, where some moduli are frozen and a special choice of coordinates is taken. In the open string sector, inflation does not seem to be possible at all.

Quantenchromodynamik mit zwei leichten Quarks wird in der Gitterregularisierung mit verbesserten Wilson Fermionen betrachtet. Die chirale Symmetrie in dieser Formulierung wird von Gitterartefakten, die linear im Gitterabstand a sind, explizit gebrochen. Daher erfordern die axialen Isospin Ströme Verbesserung (im Symanzik Sinn), sowie eine endliche Renormierung, wenn sie die Ward--Takahashi Identitäten des Kontinuums bis auf kleine Gitterkorrekturen proportional zu a^2 erfüllen sollen. Algorithmische Probleme bei großen Gitterabständen machen die numerischen Simulationen der Gittertheorie schwierig. Der Hybrid Monte Carlo Algorithmus leidet unter einem verformten Dirac Spektrum in Form unphysikalisch kleiner Eigenwerte. Es wird gezeigt, daß dies ein Gitterartefakt ist, welches schnell verschwindet, wenn der Gitterabstand verringert wird. Ein alternativer Algorithmus, der polynomische Hybrid Monte Carlo Algorithmus, zeigt erheblich bessere Eigenschaften im Umgang mit den außergewöhnlich kleinen Eigenwerten. Durch Erweiterung und Verbesserung vorher verwendeter Methoden wird die nicht-perturbative Verbesserung und Renormierung des Axialstroms durch Korrelationsfunktionen im Schrödinger Funktional implementiert. In beiden Fällen wird dies erzielt, indem man Ward Identitäten des Kontinuums bei endlichem Gitterabstand erzwingt. Zusammen stellt dies die chirale Symmetrie bis zur quadratischen Ordnung im Gitterabstand wieder her. Mit wenig zusätzlichem Aufwand wird auch der Normierungsfaktor des lokalen Vektorstroms berechnet. Die Methoden, die hier entwickelt und implementiert wurden, können leicht auch für andere Wirkungen verwendet werden, die im Schrödinger Funktional formuliert werden können. Dies umfaßt verbesserte Eichwirkungen sowie Theorien mit mehr als zwei dynamischen Quarks. / Quantum Chromodynamics with two light quark flavors is considered in the lattice regularization with improved Wilson fermions. In this formulation chiral symmetry is explicitly broken by cutoff effects linear in the lattice spacing a. As a consequence the isovector axial currents require improvement (in the Symanzik sense) as well as a finite renormalization if they are to satisfy the continuum Ward-Takahashi identities associated with the isovector chiral symmetries up to small lattice corrections of order a^2. In exploratory numerical simulations of the lattice theory algorithmic difficulties were encountered at coarse lattice spacings. There the hybrid Monte Carlo algorithm used suffers from a distorted Dirac spectrum in the form of unphysically small eigenvalues. This is shown to be a cutoff effect, which disappears rapidly as the lattice spacing is decreased. An alternative algorithm, the polynomial hybrid Monte Carlo algorithm, is found to perform significantly better in the presence of exceptionally small eigenvalues. Extending previously used methods both the improvement and the renormalization of the axial current are implemented non-perturbatively in terms of correlation functions formulated in the framework of the Schrödinger functional. In both cases this is achieved by enforcing continuum Ward identities at finite lattice spacing. Together, this restores the isovector chiral symmetry to quadratic order in the lattice spacing. With little additional effort the normalization factor of the local vector current is also obtained. The methods developed and implemented here can easily be applied to other actions formulated in the Schrödinger functional framework. This includes improved gauge actions as well as theories with more than two dynamical quark flavors.

Die Suche nach Neutrino-Punktquellen bietet eine Möglichkeit, astrophysikalische Teilchenbeschleuniger als Quellen der Kosmischen Strahlung zu identifizieren. Eine etablierte Methode in der Neutrinoastronomie ist die Messung der Tscherenkow-Strahlung induzierter Myonen in unterirdischen Detektoren. Die hier vorgestellte Analyse basiert auf Daten, die zwischen 2007 und 2008 mit IceCube, dem größten Neutrinoteleskop dieser Art, gesammelt wurden. Bisherige Neutrino-Punktquellensuchen waren auf eine Hemisphäre beschränkt gewesen, da nur aufwärts laufende Ereignisse betrachtet wurden, um den atmosphärischen Myon-Untergrund zu eliminieren. Hier wird gezeigt, dass der Bereich über dem Horizont durch eine energieabhängige Selektion miteinbezogen werden kann. Dies erhöht die Sensitivität für Energien oberhalb einiger PeV, die bisher aufgrund von Neutrinoabsorption unterhalb des Horizonts vollkommen unzugänglich waren. Zum Nachweis richtungsabhängiger Neutrinosignale wurde eine Musterung beider Himmelshälften durchgeführt. Modellvorhersagen für Aktive Galaktische Kerne dienten als Grundlage für separate Tests anhand einer Liste von Quellkandidaten und mittels einer zeitabhängigen Suche nach kurzen Neutrinoemissionen vom Blazar 3C279. Es konnten keine signifikanten Ereignisüberschüsse über dem Untergrund beobachtet werden. Daraus leiten sich die ersten oberen Neutrino-Flussgrenzen für Punktquellen am Südhimmel bei Energien bis in den EeV Bereich ab. Für bestimmte Quellkandidaten sind es die besten Einschränkungen für Neutrinovorhersagen bei PeV Energien. Mit den gleichen Ereignissen wurde eine Suche nach Korrelationen zwischen Neutrinos und den höchstenergetischen geladenen Teilchen der Kosmischen Strahlung durchgeführt. Die Ursprungsrichtungen von Luftschauern, veröffentlicht durch das HiRes Experiment und das Pierre Auger Observatorium, dienten zur Bestimmung solcher Koinzidenzen. Das Ergebnis ist im Einklang mit den Untergrunderwartungen. / Searching for point-like neutrino signals provides a chance of identifying astrophysical particle accelerators as sources of cosmic rays. An established approach to realise high energy neutrino astronomy is the observation of Cherenkov radiation from induced muon tracks in subsurface detectors. Presented here is an analysis based on data taken between 2007 and 2008 with IceCube, the largest of these neutrino telescopes. Neutrino point source searches had been so far restricted to one hemisphere, due to the exclusive selection of upward going events as a way of rejecting the atmospheric muon background. This work demonstrates that the region above the horizon can be included by suppressing the background through an energy-sensitive event selection. The approach improves the sensitivity above PeV energies, previously not accessible at all due to absorption of neutrinos from below the horizon. Both celestial hemispheres were scanned to identify neutrino fluxes from individual directions. Based on model predictions for Active Galactic Nuclei, separate tests were performed by compiling a list of specific neutrino source candidates and by searching for short neutrino flares from the blazar 3C279. No significant excesses above the atmospheric background were found. The resulting upper limits on neutrino fluxes are the first that cover point sources in the southern sky up to the EeV energy range. For certain source candidates, these limits provide the best constraints on models predicting neutrinos above PeV energies. Based on the same event sample, a search for correlations between neutrinos and the most energetic charged cosmic rays was performed. The arrival directions of air showers, reported by the HiRes experiment and the Pierre Auger Observatory, were used to determine such coincidences. The result of this study is compatible with the background hypothesis.

Diese Arbeit behandelt die Suche nach neuen Teilchen, die in Top-Quark-Paare zerfallen (t¯t). Die Analyse beruht auf Daten des ATLAS-Experiments von Proton- Proton-Kollisionen am LHC bei einer Schwerpunktsenergie von p s = 7 TeV und einer Gesamtluminosität von 2.05 fb−1. Hierzu wird der Lepton+Jets Endzustand im t¯t ! WbWb Zerfallskanal verwendet, worin ein W-Boson leptonisch und das andere hadronisch zerfällt. Das t¯t -Ereignis wird sowohl in aufgelösten als auch geboosteten Zerfallstopologien rekonstruiert. Zum ersten Mal werden die Korrelationen beider Kanäle in Form einer dritten Kategorie nutzbar gemacht, welche aus Ereignissen besteht, die in beiden Topologien selektiert wurden. Die Sensitivität der Analyse wird hierdurch erhöht. Obere Schranken bei 95% Vertrauensniveau auf den Wirkungsquerschnitt multipliziert mit der Zerfallsbreite für massive Zustände großer und kleiner Zerfallsbreite werden berechnet. Diese werden aus der Kombination der beiden Ansätze der t¯t -Rekonstruktion gewonnen. Für die Z0-Resonanz kleiner Breite reicht die beobachtete (erwartete) obere Grenze auf den Wirkungsquerschnitt von 4.85 (4.81) pb, für eine Masse von 0.6 TeV, bis 0.21 (0.13) pb, für eine Masse von 2 TeV. Eine schmale leptophobische Topcolor-Z0-Resonanzen mit einer Masse unterhalb von 1.3 TeV kann ausgeschlossen werden. Weiterhin konnten beobachtete (erwartete) obere Grenzen auch für eine breite Farboktett-Resonanz berechnet werden. Diese liegen zwischen 2.52 (2.59) pb und 0.37 (0.27) pb für Massen von 0.7 TeV bzw. 2 TeV. Breite Kaluza-Klein-Gluon-Resonanzen mit einer Masse unter 1.65 TeV können ausgeschlossen werden. / This thesis presents the search for new particles that decay into top quark pairs (t¯t). The analysis is performed with the ATLAS experiment at the LHC, using an integrated luminosity of 2.05 fb−1 of proton–proton collision data, collected at a center-of-mass energy of p s = 7 TeV. The lepton plus jets final state is used in the t¯t ! WbWb decay, where one W boson decays leptonically and the other hadronically. The t¯t system is reconstructed using both resolved and boosted topologies of the top-quark decay. For the first time, correlations between the two search channels have been employed by creating a third channel with the events selected by both analyses. The sensitivity to new physics phenomena is thereby improved. Upper limits are derived on the production cross-section times branching ratio for narrow and wide massive states, at the 95 % confidence level. These are extracted by combining the two approaches of the t¯t reconstruction. For a narrow Z0 resonance, the observed (expected) upper limits range from 4.85 (4.81) pb for a mass of 0.6 TeV, to 0.21 (0.13) pb for a mass of 2 TeV. A narrow leptophobic topcolor Z0 resonance with a mass below 1.3 TeV is excluded. Observed (expected) limits are also derived for a broad color-octet resonance. They vary between 2.52 (2.59) pb and 0.37 (0.27) pb for a mass of 0.7 TeV and 2 TeV, respectively. The wide Kaluza-Klein gluon with a mass below 1.65 TeV is excluded. Another aspect of this thesis are performance studies of the level-1 jet trigger. Trigger efficiencies have been measured, using data collected by the ATLAS detector in 2010 at p s = 7 TeV. The turn-on curves obtained for a variety of jet triggers, showed good agreement between data and simulation in the plateau region. The efficiency results were used at the first stage of analyses for multi-jet cross-section measurements.

Die Erzeugung immer kürzerer und energiereicherer Laserimpulse ist eine der wichtigsten Aufgaben der Laserphysik, um physikalische Phänomene in bisher unerreichten elektrischen Feldstärkebereichen zugängig zu machen und Beobachtungen auf kleinster Zeitskala zu ermöglichen. Mit Hilfe der Nachkompression verstärkter, in edelgasgefüllten Hohlfasern selbstphasenmodulierter Ti:Saphir-Laserimpulse werden die momentan kürzesten Impulse des sichtbaren Spektralbereiches erzeugt, die nur noch wenige Schwingungszyklen des elektrischen Feldes umfassen. Ebenso notwendig wie ein solcher Schritt der Impulskompression ist der verlässliche Nachweis seines Ergebnisses. Allerdings wächst auch die physikalische und technische Herausforderung einer präzisen und vollständigen Messung des ultrakurzen Laserimpulses mit zunehmender Komplexität und Breite des Impulsspektrums. Die vorliegende Arbeit stellt sowohl auf dem Gebiet der Kompression von Sub-10-fs Impulsen als auch auf dem der vollständigen Charakterisierung solcher Impulse optimierte aber auch neue Verfahrenstechniken vor. In Experimenten an einem zweistufigen Hohlfaserkompressor wird die Erzeugung der momentan kürzesten, nicht adaptiv komprimierten Impulse mit einer Dauer von lediglich 3,8 fs demonstriert. Eine elegante Alternative zu bisherigen Kompressionsmethoden zeigt der Nachweis effektiver Selbstkompression von mJ-Impulsen auf unter 8 fs in einem selbstführenden Edelgasfilament auf. Zur Kontrolle erfolgreicher Impulskompression und für eine phasenempfindliche Untersuchung des Prozesses der Dispersionskompensation über spektrale Bandbreiten von bis zu einer Oktave mussten etablierte Impulsmesstechniken wie das SPIDER- (Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction) und das FROG- (Frequency-Resolved Optical Gating) Verfahren weiterentwickelt werden. So wird mit der Realisierung und vollständigen Analyse interferometrischer FROG-Messungen ein neues phasenempfindliches Impulsmessverfahren vorgestellt. / One challenge of today’s laser physics is the stable compression of more and more intense laser pulses to the shortest possible pulse duration to enable new high-field laser experiments and to investigate fast atomic or molecular dynamics. At present, the shortest laser pulses of the visible spectral region envelop only a few cycles of the electric field. The state of the art method to generate such short pulses behind a Ti:sapphire amplifier laser system is by means of successive steps of spectral broadening inside a gas-filled hollow fibre and dispersion compensation. However, a reliable pulse characterization is as important as the pulse compression. The more spectral bandwidth the pulse covers the more technically challenging is the measurement of the pulse’s electric field structure. In this work, new concepts of compression and characterization of pulses down to durations below 10 fs are demonstrated as well as further optimization of established techniques. Due to modern, chirped-mirror based dispersion compensation pulses as short as 3.8 fs were generated with a two-stage hollow fibre compressor. At present, these are the shortest pulses of the visible spectral region, compressed without adaptive means for dispersion compensation. For the first time the effect of self-compression of mJ-pulses to below 8 fs in a self-guiding noble gas filament is demonstrated experimentally and determined by numerical simulations. Advanced pulse characterization schemes were needed for a phase-sensitive investigation of dispersion compensation and pulse compression of white light pulses. An optimized design of the SPIDER (Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction) technique is demonstrated that facilitates the measurement of the pulse’s spectral phase in case of broadband structured spectra. With the implementation of an interferometric FROG (Frequency-Resolved Optical Gating) a new phase-sensitive pulse characterization method is introduced.

Das IceCube Neutrino Observatorium ist ein km^3-großes Neutrinoteleskop und befindet sich am geographischen Südpol. Das Ziel des Experiments ist es, kosmische Neutrinos nachzuweisen. Es wird erwartet, dass solche Neutrinos in Wechselwirkungen von hochenergetischer kosmischer Strahlung mit Materie oder Photonen in der Nähe ihrer Beschleunigungsumgebung entstehen. Der erste Nachweis für einen Fluss von kosmischen Neutrinos wurde von der IceCube-Kollaboration erbracht. Der Ursprung des Flusses ist noch nicht bekannt, dennoch können die Eigenschaften der Quellen durch eine Messung des Energiespektrums und der Zusammensetzung aus Elektron-, Muon-, und Tau-Neutrinos des Flusses eingeschränkt werden. Die vorliegende Arbeit stellt die erste umfassende Analyse von Daten des IceCube-Experiments im Hinblick auf diese Eigenschaften des Flusses dar. Hierfür wurden mehrere Datensätze kombiniert und gemeinsam analysiert. Es wurden experimentell beobachtete Verteilungen von rekonstruierter Energie, Zenithwinkel und Teilchen-Signatur mit Modellverteilungen angepasst. Unter der Annahme, dass der Fluss isotrop ist und zu gleichen Teilen aus allen Neutrino-Flavors besteht, wird das Spektrum durch ein Potenzgesetz mit Normalisierung (6.7_{-1.2}^{+1.1})x10^{-18}GeV^{-1}s^{-1}sr^{-1}cm^{-2} bei 100 TeV und spektralem Index -2.50+-0.09 zwischen Neutrino-Energien von 25 TeV und 2.8 PeV gut beschrieben. Ein spektraler Index von -2 kann mit einer Signifikanz von 3.8 Standardabweichungen ausgeschlossen werden. Die Flavor-Zusammensetzung ist kompatibel mit Erwartungen für Standard-Prozesse der Neutrino-Produktion. Die ausschließliche Produktion von Elektron-Neutrinos kann hingegen mit einer Signifikanz von 3.6 Standardabweichungen ausgeschlossen werden. Unter der Annahme, dass die Neutrino-Flavor während der Propagation von den Quellen zur Erde durch Standard-Neutrino-Oszillationen transformiert werden, beträgt der gemessene Anteil an Elektron-Neutrinos an der Erde (18+-11)%. / The IceCube Neutrino Observatory is a km^3-sized neutrino telescope located at the geographical South Pole. Its primary purpose is the detection of high-energy cosmic neutrinos. Such neutrinos are expected to be produced in interactions of high-energy cosmic rays with ambient matter or photons close to their acceleration sites. The IceCube Collaboration has reported the first evidence for a flux of high-energy cosmic neutrinos. While the origin of the flux remains unknown so far, the properties of its sources can be constrained by measuring its energy spectrum and its composition of electron, muon, and tau neutrinos. The present work constitutes the first comprehensive analysis of IceCube data with respect to these principal characteristics of the flux. Several data sets were assembled and simultaneously studied in a combined analysis. Experimentally observed distributions of reconstructed energy, zenith angle and particle signature were fitted with model distributions. Assuming the cosmic neutrino flux to be isotropic and to consist of equal flavors at Earth, the all-flavor spectrum is well described by a power law with normalization (6.7_{-1.2}^{+1.1})x10^{-18}GeV^{-1}s^{-1}sr^{-1}cm^{-2} at 100 TeV and spectral index -2.50+-0.09 for neutrino energies between 25 TeV and 2.8 PeV. A spectral index of -2 is disfavored with a significance of 3.8 standard deviations. The flavor composition is compatible with that expected for standard neutrino production processes at the sources. However, a scenario in which only electron neutrinos are produced is disfavored with a significance of 3.6 standard deviations. Assuming that standard neutrino oscillations transform the neutrino flavors during propagation from the sources to the Earth, the measured fraction of electron neutrinos at Earth is (18+-11)%.

L'étude cinématique des galaxies locales et lointaines permet de contraindre les scénarios de formation et d'évolution des galaxies. Pour cela, la spectroscopie à champ intégral permet une étude détaillée de la cinématique des galaxies proches et fournit depuis peu des indices sur la cinématique des galaxies lointaines. Cette thèse s'appuie principalement sur l'utilisation de l'échantillon cinématique de galaxies locales GHASP. Cet échantillon de référence composé de 203 galaxies spirales et irrégulières de l'Univers local dans des environnements peu denses observées par interférométrie de Fabry-Perot autour de la raie Hα (6563 Å) est le plus grand échantillon de données Fabry-Perot à ce jour. Après un passage en revue des principes de l'interférométrie Fabry-Perot et des nouveautés apportées à la réduction des données Fabry-Perot, mon implication dans le développement du 3D-NTT, nouvel instrument utilisant deux Fabry-Perot est exposée de même que ma participation au projet de spectrographe à grand champ pour les ELT, WFSpec, dont l'objectif est l'étude de l'évolution des galaxies. Je présente dans une deuxième partie les données GHASP. Cet échantillon a été entièrement réduit et analysé à l'aide de nouvelles méthodes. L'analyse cinématique de l'échantillon à partir des cartes cinématiques 2D a été initiée en particulier avec l'étude de la distribution des halos de matière sombre, de la forme des courbes de rotation, de l'influence des potentiels barrés et de la dispersion de vitesses du gaz ionisé. Dans une troisième partie, cet échantillon local sert de point de référence pour l'étude de la cinématique des galaxies lointaines. L'échantillon GHASP est projeté à grand décalage spectral (z = 1.7) afin de déterminer les biais observationnels liés au manque de résolution spatiale des données cinématiques de galaxies lointaines obtenues par SINFONI, OSIRIS et GIRAFFE. L'analyse cinématique de nouvelles observations SINFONI y est également présentée, et l'ensemble des données cinématiques 2D de la littérature est mis en regard avec les résultats obtenus sur l'échantillon GHASP, mettant en évidence une évolution du support dynamique des galaxies avec le temps.

GLAST est la nouvelle génération de télescope spatial pour l'étude des rayons gamma et devrait très largement améliorer notre connaissance du ciel à haute énergie, dès son lancement en août 2007.<br />Les données du faisceau-test mené au GANIL avec des ions de basse énergie, ont permis de contribuer à l'étalonnage en énergie du LAT. Ces données ont été analysées pour mesurer la non-linéarité de la production de lumière dans le CsI en réponse au dépôt d'énergie des ions, des protons au krypton et pour des énergies allant de 0 à 73MeV par nucléon. Les résultats obtenus se sont révélés complémentaires aux mesures de scintillation du CsI, réalisées lors du faisceau-test mené au GSI pour des ions lourds relativistes . La connaissance de la non-linéarité de la réponse des cristaux de CsI de GLAST aux ions de haute énergie est indispensable pour réaliser l'étalonnage en énergie en orbite des détecteurs à l'aide des rayons cosmiques.<br /><br />Le rejet des évènements hadroniques est un autre problème clé pour GLAST, or, l'élaboration des algorithmes repose sur la simulation Monte-Carlo officielle de GLAST, GlastRelease. Les cascades hadroniques mesurées lors du faisceau-test mené au GSI et lors d'un autre faisceau-test mené au CERN sur le SPS, sont utilisées pour confronter les codes de simulation, disponibles sur la plate-forme logicielle GEANT4 qui est à la base de GlastRelease. En vérifiant la bonne reproduction de certaines observables simples, pour des cascades hadroniques générées par des protons ou de pions de .7GeV , 3.4GeV, 10GeV et 20GeV, on conclue qu'à haute énergie le modèle par défaut, LHEP, est valable, alors qu'à basse énergie, le modèle de cascade intranucléaire de Bertini devrait être utilisé.

Ce mémoire aborde la problématique de la matière noire, sous des angles à la fois phénoménologiques et expérimentaux. Dans le MSSM, la matière noire froide et non-baryonique, mise en évidence aux différentes échelles de l'univers par ses effets gravitationnels, trouve une origine sous la forme de fermions de Majorana : les neutralinos. Ces particules peuvent en principe s'annihiler dans zones où elles sont naturellement concentrées, comme le coeur des halos de galaxies, et être à l'origine de rayonnement gamma. Or, les flux prédits pour ces modèles sont génériquement faibles au regard des sensibilités expérimentales. Après avoir établi des prédictions de flux de photons gamma pour les galaxies M31 et Draco dans le cadre du MSSM, nous généralisons les couplages du MSSM au moyen d'un lagrangien effectif. Nous montrons que la seule contrainte d'une densité fossile d'intérêt cosmologique suffit évidemment à réduire considérablement les flux de photons, indépendamment de la nature quantique de la matière noire (fermions de Dirac/Majorana), mais que des couplages effectifs permettent d'atteindre des prédictions plus optimistes. Enfin, nous présentons la recherche de signature de matière noire supersymétrique opérée avec le télescope à effet Tcherenkov CELESTE, reposant sur l'observation de la galaxie M31. Nous développons une méthode de reconstruction spectrale, préalable à la recherche d'un signal exotique. L'analyse des données collectées sur M31 permet d'obtenir la première limite expérimentale sur une galaxie dans l'intervalle 50-500 GeV, et fournit une information astrophysique dépassant la seule problématique de la matière noire.