Ce manuscrit présente une mesure de la section efficace de production des bosons W et de l'asymétrie de charge dans les collisions proton-proton avec l'expérience ATLAS à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Ces mesures posent des contraintes sur la fraction d'impulsion des protons portée par les partons qui contribuent à la production des bosons W et donc elles permettent d'ameliorer notre compréhension des fonctions de distribution de partons. Dans l'analyse, les événements de signal sont sélectionnés dans le canal électronique W −→eν . Le calorimètre électromagnétique à Argon Liquide joue un rôle important pour la détection des électrons. L'auteur de cette thèse a travaillé sur la reconstruction en ligne de l'énergie dans les détecteurs à LAr. Un aspect important pour les mesures liées à la charge électrique, comme l'asymétrie de charge du boson W, est l'évaluation du taux de misidentification de la charge pour des électrons et des positons. Dans ce manuscrit, la section efficace de production de bosons W multipliée par le rapport de branchement est présentée de façon inclusive, en fonction de la pseudorapidité du lepton, et comme mesure différentielle en deux dimensions (c'est à dire en fonction de la pseudorapidité et de l'énergie transverse du lepton). La mesure de l'asymétrie de charge est aussi présentée en fonction de la pseudorapidité du lepton uniquement et en fonction de la pseudorapidité et de l'énergie transverse du lepton. Les données ont été enregistrées par l'expérience ATLAS en 2011 et correspondent à 4.7 fb−1 . / This document presents a measurement of the production cross section of W bosons and of its charge asymmetry in proton-proton collisions at a centre of mass energy of 7 TeV with the ATLAS detector. These measurements provide information on the momentum fraction of the protons carried by the partons contributing to the W production and therefore allow to better understand the parton distribution functions of the proton. The W candidate events are selected in the W −→ eν decay mode. The LAr electromagnetic calorimeter plays an important role in the detection of electrons and the author has worked on the on-line energy reconstruction in the LAr detectors. A subject which is treated in some detail is the evaluation of the charge misidentification rates for electrons and positrons. This is a key ingredient for charge related measurements such as the W charge asymmetry. In this document, the W production cross section times the branching ratio is studied inclusively, as a function of the lepton pseudorapidity and as a double differential measurement as a function of the lepton pseudorapidity and transverse energy. The charge asymmetry measurement is presented as a function of the lepton pseudorapidity and as a double differential measurement as well. The data were recorded by the ATLAS detector in 2011 and correspond to 4.7 fb−1 .

Les études de différentes propriétés des paires top-antitop dans l'état final dileptonique sont présentées dans cette thèse. Deux analyses ont été réalisées dans des expériences différentes : l'une à D0 auprès du Tevatron, l'autre dans ATLAS auprès du LHC. Les deux collisionneurs étant différents, les mesures qui y sont réalisées sont complémentaires pour les études des propriétés du top. La première analyse, réalisée dans l'expérience D0, a consisté à faire une mesure simultanée de la section efficace de production des paires top-antitop et du rapport d'embranchement t -> Wb Cette mesure a été réalisée dans le canal dileptonique avec un lot de données correspondant à une luminosité de 5,4 fb⁻¹. Elle a ensuite été combinée avec la mesure réalisée dans le canal semileptonique pour obtenir une précision de 8% sur la section efficace, comparable à la précision des calculs théoriques. La deuxième analyse présentée, réalisée dans l'expérience ATLAS , a consisté à mesurer l'asymétrie de charge du quark top dans le canal dileptonique avec le lot de données enregistré par ATLAS en 2011, soit 4,7 fb⁻¹. Les résultats ont ensuite été combinés avec le résultat du canal semileptonique obtenu avec 1 fb⁻¹. On mesure : A^C(ttbar) = 0,029 +- 0,018 (stat.) +- 0,014 (syst.), ce qui est compatible avec la prédiction du modèle standard de 0,004 +- 0,001.

Ce manuscrit présente une mesure de la section efficace de production des bosons W et de l'asymétrie de charge dans les collisions proton-proton avec l'expérience ATLAS à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Ces mesures posent des contraintes sur la fraction d'impulsion des protons portée par les partons qui contribuent à la production des bosons W et donc elles permettent d'ameliorer notre compréhension des fonctions de distribution de partons. Dans l'analyse, les événements de signal sont sélectionnés dans le canal électronique W −→eν . Le calorimètre électromagnétique à Argon Liquide joue un rôle important pour la détection des électrons. L'auteur de cette thèse a travaillé sur la reconstruction en ligne de l'énergie dans les détecteurs à LAr. Un aspect important pour les mesures liées à la charge électrique, comme l'asymétrie de charge du boson W, est l'évaluation du taux de misidentification de la charge pour des électrons et des positons. Dans ce manuscrit, la section efficace de production de bosons W multipliée par le rapport de branchement est présentée de façon inclusive, en fonction de la pseudorapidité du lepton, et comme mesure différentielle en deux dimensions (c'est à dire en fonction de la pseudorapidité et de l'énergie transverse du lepton). La mesure de l'asymétrie de charge est aussi présentée en fonction de la pseudorapidité du lepton uniquement et en fonction de la pseudorapidité et de l'énergie transverse du lepton. Les données ont été enregistrées par l'expérience ATLAS en 2011 et correspondent à 4.7 fb−1 .

Le monde de l'infiniment petit est le domaine d'étude de la physique des articules. Cette physique s'attache à décrire de façon cohérente la nature et le comportement des particules élémentaires qui constituent la matière. Les accélérateurs (collisionneurs) de particules permettent de repousser toujours plus avant les connaissances dans ce domaine en produisant des particules, inobservables autrement, par le biais de collisions à très haute énergie. Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans cet axe de recherche et s'intéresse à l'étude du quark top qui est la dernière brique de matière découverte et la plus lourde particule élémentaire connue. La propriété étudiée, l'asymétrie de charge des paires de quark top-antitop, a suscité un vif intérêt par le passé (2011) au sein de la communauté du fait de mesures réalisées auprès du collisionneur Tevatron. Ces mesures ont dévoilé des déviations importantes par rapport aux prédictions réalisées dans le cadre du modèle standard de la physique des particules. De nouvelles mesures de l'asymétrie de charge réalisées au Tevatron (auprès du détecteur D0) et au LHC (auprès du détecteur ATLAS) sont présentées dans cette thèse.

Le détecteur ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules situéeà un point de collision du LHC, au CERN. Le détecteur est complet et opérationneldepuis juin 2008. La mise en oeuvre du système calorimétrique a alors été possible,grâce notamment à l’étude de la variable "énergie transverse manquante". Cettevariable, indispensable aux mesures de précision du Modèle Standard et à larecherche de Nouvelle Physique, a ainsi pu être testée pour la première fois in situ. Ledétecteur était prêt et a montré de bonnes performances lors des premières collisionsdu LHC à la fin de l’année 2009, en particulier avec l’étude de données dites de biaisminimum. Avec les données de collisions, il a également été possible d’étudier desperformances des électrons, notamment leurs variables d’identification, et la compréhension de la matière avant le calorimètre.Les premières collisions à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse en 2010 ontpermis d’étudier les propriétés des bosons W produits lors de ces collisions. Aprèsseulement quelques mois de prise de données, l’on a pu observer et mesurer la section efficace de production de cette particule. L’enjeu principal de cette mesure aété l’estimation des erreurs systématiques dues à l’électron et à l’énergie transversemanquante. Avec toutes les données enregistrées en 2010, l’asymétrie de charge duboson W a également pu être mesurée. Cette mesure est importante pour ladétermination des fonctions de distribution de partons dans le proton, donnéesindispensables à la bonne compréhension des collisions hadroniques au LHC. / The ATLAS detector is a multi-purpose experiment located at one of the collisionpoints of the LHC, at CERN. The detector is complete and in the acquisition since June2008. I’ve been working since then on the commissioning of the calorimeter system, inparticular thanks to the study of the “missing transverse energy” variable. Thisvariable is essential for precision measurements of the Standard Model, and for thesearch of New Physics ; it was tested in situ for the first time. The detector are readyfor the first LHC collisions at the end of 2009, and showed good performances, inparticular in the study of minimum bias events. I also participated to the study of theelectron performances, more particularly working on the identification variables andon the material before the calorimeter.The first collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV allowed me to study theproperties of W bosons. I participated to the observation and to the measurement ofthe production cross-section of this particle, taking part in particular in theassessment of the uncertainties due to the missing transverse energy. With all thedata recorded in 2010, I took part in the measurement of the W boson chargeasymmetry. This measurement is important for the determination of the partondistribution functions of the proton, which are of utmost importance for theunderstanding of hadronic collisions at the LHC.

Le détecteur ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules située à un point de collision du LHC, au CERN. Le détecteur est complet et opérationnel depuis juin 2008. La mise en oeuvre du système calorimétrique a alors été possible, grâce notamment à l'étude de la variable "énergie transverse manquante". Cette variable, indispensable aux mesures de précision du Modèle Standard et à la recherche de Nouvelle Physique, a ainsi pu être testée pour la première fois in situ. Le détecteur était prêt et a montré de bonnes performances lors des premières collisions du LHC à la fin de l'année 2009, en particulier avec l'étude de données dites de biais minimum. Avec les données de collisions, il a également été possible d'étudier des performances des électrons, notamment leurs variables d'identification, et la compréhension de la matière avant le calorimètre. Les premières collisions à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse en 2010 ont permis d'étudier les propriétés des bosons W produits lors de ces collisions. Après seulement quelques mois de prise de données, l'on a pu observer et mesurer la section efficace de production de cette particule. L'enjeu principal de cette mesure a été l'estimation des erreurs systématiques dues à l'électron et à l'énergie transverse manquante. Avec toutes les données enregistrées en 2010, l'asymétrie de charge du boson W a également pu être mesurée. Cette mesure est importante pour la détermination des fonctions de distribution de partons dans le proton, données indispensables à la bonne compréhension des collisions hadroniques au LHC.

Pour la deuxième période de prise des données du LHC (Run 2) de 2015 - 2022, une quatrième couche de senseurs pixels a été installée dans le détecteur de l’existence ATLAS sur un tube de faisceau de plus petit diamètre afin d’ajouter de la redondance pour améliorer la reconstruction des trajectoires des particules chargées. Ce détecteur du pixel permettra d’assurer un suivi de la qualité de l’étiquetage des mesons b haute luminosité (b-tagging). Au cours des deux dernières années plusieurs composants ont été produits et assemblés sur des structures de soutien appelées échelles. Au total, 20 échelles ont été construites et qualifiées en cardere d’un procédé d’assurance qualité définie par ATLAS au CERN. Quatorze échelles ont été intégrées sur le tube de faisceau. Ceci constitue la première partie de la thèse dédiée à la partie construction du détecteur. La deuxième partie est consacrée à la recherche de boson de Higgs issu de collisions proton proton l’énergie du 8 TeV centre de masse de, se désintégrant en particules invisibles une luminosité integrée de 20.3 fb−1 enregistrées par le détecteur ATLAS au LHC. Les résultats sont interprétés dans les modèles de matière noire Higgs portail(Higgs portal Dark Matter). / For Run 2 of the LHC a fourth, innermost Pixel Detector layer on a smaller radius beampipe has been installed in the ATLAS Detector to add redundancy against radiation damage ofthe current Pixel Detector and to ensure a high quality tracking and b-tagging performance ofthe Inner Detector over the coming years until the High Luminosity Upgrade. State of the artcomponents have been produced and assembled onto support structures known as staves overthe last two years. In total, 20 staves have been built and qualified in a designated QualityAssurance setup at CERN of which 14 have been integrated onto the beam pipe. In the secondpart, A search for a Higgs boson produced via vector-boson fusion and decaying into invisibleparticles is discussed, using 20.3 fb−1 of proton proton collision data at the centre of massenergy of 8 TeV recorded by the ATLAS detector at the LHC. For a Higgs boson with a massof 125 GeV, assuming the Standard Model production cross section, an upper bound of 0.28is set on the branching fraction of H →invisible at 90% confidence level, where the expectedupper limit is 0.31. The results are interpreted in model of Higgs portal dark matter where thebranching fraction limit is converted into upper bounds on the dark matter nucleon scatteringcross section as a function of the dark matter particle mass, and compared to results from thedirect dark matter detection experiments.

Les mesures de bosons W produits en collisions pPb à une énergie dans le centre de masse de 5,02 TeV sont présentées dans le canal de désintégration muonique. Les données collectées par le détecteur CMS représentent une luminosité intégrée de 34,6 nb-1. Les sections efficaces de production ainsi que plusieurs asymétries sont mesurées en fonction de la pseudo-rapidité du muon, pour des muons ayant tous une impulsion transverse supérieure à 25 GeV/c. Ces observables sont comparées à deux paramétrisations de distributions partoniques (PDF). La première (CT10) ne considère pas de modifications nucléaires sur les PDF et les PDF de noyaux sont donc une superposition de PDF de protons libres. La seconde (EPS09) tient compte de modifications nucléaires. Les mesures obtenues confirment légèrement certaines modifications et une observable en particulier, dévie des deux paramétrisations. Les données pourraient indiquer une dépendance des PDF nucléaires en fonction de la saveur du quark de valence. / Measurements of W bosons produced in pPb collisions at nucleon-nucleon centre-of-mass energy $\sqrt{s\rm{_{NN}}}=5.02$ TeV are presented in the muon plus neutrino decay channel. The data sample of 34.6 nb-1 integrated luminosity was collected by the CMS detector. The W boson differential cross sections, lepton-charge asymmetry and forward/backward asymmetry are computed as a function of the lepton pseudorapidity, for muons of transverse momentum higher than 25 GeV/$c$. These observables are compared to two sets of parton distributions (PDF). One of two assumes nuclear modifications (EPS09) while the other is simply a superposition of free proton PDF CT10). Some of the observables deviate from expectations based on unmodified and currently available nuclear PDF. One in particular slightly deviates from both predictions which may indicates dependence of nuclear PDF as a function of the valence quark flavor.