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Ohne ein Standard Modell Higgs werden Wechselwirkungen zwischen Eichbosonen stark bei hohen Energien. Jeder tri- und quadrilinare Eichboson-Vertex ist charakterisiert durch einen Satz von Kopplungen der schon bei niedrigeren Energien als der Skala für neue Physik von seiner Standardmodell- Erwartung abweichen sollte. Die genaue Messung der Eichbosonkopplungen gewährt daher Einblicke in den Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung und anomale Werte signalisieren neue Physik. Die Sensitivität der Messung der geladenen Eichboson Kopplungen an einem Photoncollider mit TESLA Parametern wurde studiert. Die betrachteten Prozesse sind ein- und zwei-W-Boson Produktion in Elektron-Photon und Photon-Photon Kollisionen bei einer Elektron-Elektron Energie von 500 GeV. Signal und Untergrund Ereignisse wurden im hadronischen Zerfallskanal analysiert und ein Satz von konsekutiven Schnitten wurde angewandt, die eine gute Effizienz und Reinheit des Signals ergaben. Die selektierten Ereignisse wurden durch kinematische Variablen beschrieben, die sensitiv sind auf anomale Kopplungen. Eine neue Methode wurde angewandt, um dies Winkelverteilungen in Anwesenheit von anomalen Kopplungen zu fitten. Dazu wurden die differentiellen Wirkungsquerschnitte in bis zu quadratischen Thermen in den Kopplungen entwickelt. Im Fit wurde diese Funktion benutzt, um die mehrdimensional gebinnten Verteilungen abhängig von den anomalen Kopplungen zu rewichten. Dabei wurde auch die Unsicherheit in der Normalisierung berücksichtigt. Außerdem wurden einige Quellen systematischer Fehler, z.B. durch die Strahlenergie, die W-Boson Masse und die Polarisationsmessung untersucht. Die erwarteten Fehler auf die Eichkopplungen bei einem Photon-Collider sind ca. zwei Größenordnungen kleiner als bei LEP und am Tevatron, so dass ein sehr präziser Test von Physik jenseits des Standardmodells möglich wird. Die Optimierung der Vorwärtsregion der Detektors reduziert den nieder- energetischen Untergrund auf ein tolerierbares Maß. Dies schafft die nötige saubere Umgebung für eine präzise Messung der Eichkopplungen. / In absence of the Standard Model (SM) Higgs boson the interaction among the gauge bosons becomes strong at high energies and influences the couplings between them. Each trilinear and quartic gauge boson vertex is characterised by a set of couplings which are expected to deviate from their SM values already at energies lower than the energy scale of the New Physics (NP). The precise measurement of gauge boson couplings can provide clues to the mechanism of the electroweak symmetry breaking and their anomalous values can be a sign of a NP effect beyond the SM. The sensitivity estimation of the measurement of charged trilinear gauge couplings (TGCs) at the Photon Collider based on TESLA parameters has been studied. The considered interactions are the single and double W boson production in electron-photon and photon-photon collisions (signals) at electron-electron centre-of-mass energy of 500 GeV. Signal and background events in the hadronic decay mode overlayed with the pileup, are simulated and analysed and a set of consecutive cuts is applied resulting in good signal efficiencies. The selected events are described with kinematical variables sensitive to TGCs. A new method has been applied to fit event angular distributions in the presence of anomalous TGCs expanding the dependence of the differential cross-section up to quadratic term in the TGCs. In the fit this expression is used to reweight the SM multi-dimensional binned distributions dependent on TGCs where also the uncertainty on the total normalisation is taken into account. Some sources of systematic errors are considered, as the beam energy, the W boson mass and the polarisation measurement. The estimated precisions of the TGC measurements at a photon collider are about one to two orders of magnitude higher than at LEP and Tevatron providing a measurement highly sensitive to the physics beyond the Standard Model. The optimisation of the forward region of the detector brings the amount of the low-energy background to the manageable level providing a clean environment for the TGC measurements at a photon collider with estimated precisions.

Le travail scientifique présenté dans cette thèse s’appuie sur des collisions proton proton, à 13 TeV dans le centre de masse, produite par le grand collisionneur de Hadron (LHC) et enregistrées entre 2015 et 2017 par le détecteur ATLAS. Après une brève introduction sur le programme de physique du LHC, le premier chapitre donne un aperçu complet du contexte et des motivations théorique. Ensuite une description complète du détecteur ATLAS et plus généralement de l’ensemble expérimental est donnée. Le troisième chapitre traite d’une des mesures des performances du calorimètre électromagnétique ATLAS, à savoir l’étude des efficacités identification électronique à l’aide de W se désintégrant en électrons et neutrinos.Dans les chapitres suivants, le coeur de cette thèse, la recherche et l’étude de la production associée de boson de Higgs avec une paire de quark top, appelée production ttH, est traitée dans le schéma du modèle Standard et au-delà. L’observation de la production ttH avec le détecteur ATLAS a été récemment annoncée en 2018 et représente une étape importante pour le domaine de la physique des hautes énergies. Afin d’élargir le spectre de cette analyse tth au-delà du SM, cet état final du canal 4L a aussi été étudié dans le cadre de la recherche de bosons de Higgs doublement chargés se désintégrant en W$^{\pm}$W$^{\pm}$, H$^{\pm \pm} \rightarrow $ W$^{\pm}$W$^{\pm}$. En conclusions, les perspectives sur les futurs résultats scientifiques dans le modèle Standard (SM) ainsi que au-delà de SM (BSM) qui pourraient être atteint en utilisant les statistiques complètes des Run1 et Run2 combinés sont donnés. / The scientific work presented in this thesis is based on proton proton collision produced, at 13 TeV in the center of mass, created by the Large Hadron Collider (LHC) and recorded between 2015 and 2017 by the ATLAS detector.After a short introduction on the physics program at LHC, the first chapter gives a comprehensive overview of the theoretical context and motivation. Then a complete description of the ATLAS detector and more generally the experimental setup is given with a highlight on the different physics objects used in this research.The third chapter is dealing with a measure of the performances of the ATLAS electromagnetic calorimeter, namely the study of the electron identification efficiencies using W decaying into electrons and neutrinos events.In the following chapters, the core of this thesis work, the search and study of the associated Higgs boson production with top quark pair, so-called ttH production, within the Standard Model schema and beyond is treated. The observation for ttH production with the ATLAS detector recently announced in 2018 represents a significant milestone for the High-Energy Physics field. In order to broaden the spectrum of this ttH analysis beyond the SM, this 4L channel final states was also studied in the context of the search for doubly charged Higgs boson decaying into W±W±, H±±→W±W±.In conclusions, future prospects in Standard Model (SM) as well as Beyond SM (BSM) scientific results that could be reached using the full Run1 and Run2 combined available statistics are given.

This dissertation presents muon charge asymmetry, fiducial differential cross section and CMS single muon trigger efficiency measurements as a function of muon pseudorapidity for inclusive W→μν events produced in proton-proton collisions at the LHC. The data were recorded by the CMS detector at a center-of-mass energy of 8 TeV and correspond to an integrated luminosity of 18.8 fb-1. Several comparisons are performed to cross-check the experimental results. Muon efficiency measurements are compared to estimated values from Monte Carlo simulations and reference values recommended by CMS physics object groups. The differential cross section and the charge asymmetry measurements are compared to theoretical predictions based on next-to-leading order and next-to-next-to-leading order QCD calculations with different PDF models. Inputs from the charge asymmetry and the differential cross section measurements for the determination of the next generation of PDF sets are expected to bring different predictions closer together and aid in reducing PDF uncertainties. The impact of the charge asymmetry on PDFs has been investigated by putting the asymmetry results into a QCD analysis at next-to-leading order and next-to-next-leading order with inclusive deep-inelastic scattering data from HERA. Significant improvement of the accuracy on the valence-quark distributions is observed. This measurement is recommended for more accurate constraints in future PDF determinations. More precise measurements of PDFs will improve LHC predictions.

Le but de cette thèse est d'évaluer le potentiel de découverte par le détecteur ATLAS au Large Hadron Collider (LHC) du boson de Higgs du modèle standard. Le mode de production etudié est défini par la fusion de bosons vecteurs (VBF) suivie de la désintégration en une paire de leptons τ (H → τ ^+ τ ^−). C'est l'un des canaux de découverte les plus prometteurs pour un boson de Higgs de basse masse, qui est favorisé par les mesures de précision dans le secteur électro-faible. Deux modes de désintégration ont été étudiés: celui où les deux leptons τ se d´esintègrent en lepton et celui où un lepton τ se désintègre en lepton et l'autre en hadron. La topologie caractéristique de fusion de bosons vecteurs, qui est constituée des deux jets vers l'avant du détecteur et des produits de désintégration de boson de Higgs dans la région centrale, fournit une signature unique permettant la suppression du bruit de fond. En outre, puisque la fusion des bosons vecteurs est un processus purement électro-faible, aucune activité de QCD n'est prévue et donc aucun jet central n'est attendu pour des événements de signal. Ceci permet l'application de la coupure de “central jet veto” pour encore réduire le bruit de fond. Une analyse basée sur des coupures a été utilisée, se concentrant sur l'optimisation de la coupure de “central jet veto”. L'objectif principal était d'étudier le potentiel de découverte du boson de Higgs avec ATLAS, sous une luminosité intégrée de 30 fb^−1 dans la gamme de masse 115 GeV≤ m_H ≤140 GeV, pour une énergie au centre de la masse √s=14 TeV. Après l'application des coupures, un excès au-dessus de 5σ de signal significance a été trouvé pour la gamme de masse 115 GeV ≤ m_H ≤125 GeV. Dans le canal de désintégration H → τ^ + τ ^ −, la résolution de l'énergie transverse manquante ( E_T ) est importante puisqu'elle affecte directement la résolution sur la masse du boson de Higgs. Cela a été la motivation initiale pour réaliser et présenter dans cette thèse une étude de “commissioning” calorimétrique basé sur les quantités E_T , plus particulièrement sur la contribution du bruit de l'électronique, mesurée dans des événements cosmiques enregistrés pendant l'automne 2008. Un comportement gaussien de bruit dans tous les calorimètres de l'argon liquide a été trouvé, tandis qu'un comportement non-gaussien dans une partie du calorimètre à tuile scintillante a été observé. Pour ce dernier, un nouveau modèle de bruit a été examiné utilisant une paramétrisation de double gaussienne ayant pour résultat une description plus réaliste. En conclusion, cette analyse a fourni un outil de “commissioning” du calorimètre, qui a permis l'observation et la correction de plusieurs effets dans le comportement des calorimètres d'ATLAS.

Apres une quinzaine d'annees de developpement, le detecteur Atlas est operationnel. Fin 2008, il enregistra plusieurs millions d'´evenements cosmiques ainsi les premieres donnees à un faisceau LHC. Cette reussite est le resultat d'une longue strategie de tests sous faisceau et des efforts menes par la collaboration lors de la mise en service dans la caverne du detecteur. Une exploitation rapide et fiable des premieres donnees pour la recherche du boson de Higgs et de nouvelle physique est donc attendue. J'ai contribue significativement à la mise en service du calorim`etre ´electromagn´etique (EM). Je me suis interesse à l'´etude de la reponse de ce sous d´etecteur aux muons cosmiques. Ces premieres donnees ont permis de rechercher des canaux morts, de tester la reconstruction de l'´energie ainsi que l'uniformite spatiale de la reponse du detecteur. Ma participation à cette mise en service s'est poursuivie par l'´etude des donnees acquises à l'aide d'un seul faisceau lors du demarrage du LHC (Sept. 2008). L'expertise du calorimetre EM acquise m'a ensuite permis d'etudier l'impact de la qualite des premieres donnees du LHC sur le potentiel de decouverte d'un Z' --> e+e-. Les limites induites par de possibles problemes hardware ou d'etalonnage en énergie ont été estinees. Etant donne le nouvel agenda du LHC, cette analyse sera possible avec les collisions pp à 10 TeV de 2010.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie transverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées au début du Run IIb entre juillet 2006 et aout 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1 qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse décrit ici est consacrée au système de déclenchement du détecteur D0, qui constitue la première étape de toutes les analyses, et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements « jets+met » basés sur la présence de jets et d'énergie transverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de<br />l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central (CPS) dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est :<br />sigma=7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)±0,45(lumi) pb<br />Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta, mH±) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

L'électronique frontale (VFE) traitant les signaux des photodétecteurs du calorimètre électromagnétique de l'expérience CMS a été soumise à un programme étendu de tests pour garantir leur fonctionnalité et fiabilité. Le système de calibration et de caractérisation précise des ~16000 VFE a été développé et utilisé à IPN Lyon pour contrôler leur qualité et mesurer les constantes de calibration qui serviront au démarrage du calorimètre complet. <br />En outre, l'évaluation et l'optimisation précises des performances de l'électronique de lecture ont été obtenues avec des données réelles au cours de tests sur des faisceaux de particules au CERN. <br />Les résultats obtenus sur bancs de tests en laboratoire ou en faisceau confirment l'excellente qualité de la production des cartes électroniques et prouvent que les spécifications du calorimètre ont été atteintes.

Un spectrographe hyper-Raman très lumineux a été développé pour étudier les vibrations des matériaux. Les résultats obtenus sur ce dispositif sont comparés aux spectroscopies vibrationnelles classiques (Diffusion inélastique des neutrons, absorption infrarouge, diffusion Raman). L'analyse des règles de sélection a permis de préciser la nature des modes de vibrations dans les verres d'oxydes v-SiO2 et v-B2O3. Il a été nécessaire de s'appuyer sur les données obtenus dans des verres binaires xNa2O(1-x)SiO2 et xLi2O(1-x)B2O3, ainsi que dans une série de verres de silices densifiées de manière permanente. Nous montrons en particulier que les modes du pic boson des verres d'oxydes sont essentiellement associés à des mouvements de libration des unités structurales élémentaires qui composent le verre: tétraèdres SiO4 pour la silice et essentiellement les anneaux boroxols B3O3 dans v-B2O3. Nous observons aussi que pour ces deux verres les spectres Raman et hyper-Raman sont dominés par des modes de vibrations associés à des mouvements d'anneaux.

Le quark top a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Aujourd'hui, la quantité de données collectées par chaque expérience est devenue suffisante pour étudier avec precision ce quark très massif. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paires de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant deux électrons, deux jets de particules et de l'énergie transverse manquante. Elle utilise un échantillon de données de 1 fb-1 enregistré par l'expérience D0 entre 2002 et 2006.<br />La reconstruction et l'identification des électrons et des jets sont primordiales pour cette analyse, et ont été étudiées dans une topologie où un boson Z est produit en association avec un ou plusieurs jets. Le processus Z+jets constitue en effet le bruit de fond physique dominant pour la production top-antitop dans l'état final diélectron.<br />Le principal enjeu de la mesure de section efficace est la vérification des prédictions du Modèle Standard. Dans ce manuscrit, ce résultat est également interprété pour extraire de façon indirecte la masse du quark top. Par ailleurs, la mesure de la section efficace est sensible à une éventuelle manifestation de nouvelle physique telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé. La sélection établie pour mesurer la section efficace de production top-antitop a été mise à profit pour rechercher un boson H+ plus léger que le quark top, ce dernier pouvant ainsi se désintégrer en un boson W+ ou H+ et un quark b. Dans le modèle étudié, le boson H+ se désintègre exclusivement en un lepton tau et un neutrino.