L'étude et la connaissance des propriétés électroniques des matériaux ne constituent pas seulement un enjeu technologique : il s'agit aussi d'un problème fondamental. Au delà des isolants et des métaux usuels, il existe des systèmes plus complexes dans lesquels même l'approximation du liquide de Fermi, pourtant fructueuse dans de nombreux cas, est mise en défaut par les fortes interactions.<br /><br />Le cas des premiers oxydes de métaux de transition, pour lesquels les orbitales de valence sont des orbitales 3d, est particulièrement intéressant. Le nombre quantique principal n = 3 est le plus faible autorisé pour la valeur l = 2 du nombre quantique angulaire : ainsi, étant déjà orthogonales aux autres orbitales par leur partie angulaire, les orbitales 3d n'ont pas besoin de noeuds dans leur partie radiale et sont donc assez localisées autour du noyau. La formation de bandes de conduction est possible (malgré le faible recouvrement direct entre orbitales 3d), mais en même temps les porteurs de charge sont soumis à de fortes interactions locales. A cause de ces corrélations, certains oxydes de métaux de transition (comme LaTiO3) sont isolants bien que leur bande 3d ne soit que partiellement remplie et qu'on attendrait donc une conductivité métallique. La localisation électronique peut aussi mener à la formation de moments magnétiques locaux, et l'interaction de ces derniers avec les porteurs de charge mobiles confère aux<br />Manganates leur propriété de magnéto-résistance géante. Enfin, on ne peut ne pas mentionner la célèbre famille des Cuprates CuO, pour lesquelles une supraconductivité haute Tc a été découverte en 1986.<br /><br />Parmi les oxydes de métaux de transition, les Cobaltates dopées au sodium NaxCoO2 suscitent elles aussi un grand intérêt. Leur fort pouvoir thermoélectrique associé à une faible résistivité suggère de possibles applications en réfrigération. Leur diagramme des phases fait apparaître la coexistence d'électrons de conduction et de moments magnétiques localisés, ainsi qu'une phase supraconductrice (ce sont donc les seuls oxydes de transition 3d supraconducteurs, avec les Cuprates et les Titanates). Comme dans les Cuprates, leur structure cristallographique est lamellaire et quasi-bidimensionnelle, mais contrairement à ces dernières où les Cu forment un réseau carré, les Co sont agencés en un réseau triangulaire susceptible de frustrer des interactions magnétiques. Malgré les nombreux travaux qui ont été consacrés à ces composés, la description de base de leur structure de bandes est sujette à controverse et les calculs “premiers principes” demeurent en désaccord avec les expériences de photoémission.<br /><br />Le travail présenté ici vise à obtenir un modèle effectif capable de prédire les bonnes excitations de basse énergie des Cobaltates de sodium. Après un chapitre d'introduction générale sur ces composés, j'exposerai les limites des calculs théoriques déjà effectués puis je décrirai la dérivation de notre modèle effectif avant de présenter les résultats obtenus. Des annexes seront<br />consacrées plus précisément aux méthodes théoriques discutées dans ce manuscrit.

Le futur collisionneur du CERN (le LHC) possède un fantastique potentiel de découverte à condition d'avoir une prédiction quantitative de la QCD. Pour ce faire, il est nécessaire d'effectuer des calculs dans l'approximation NLO de manière à réduire la dépendance de la section efficace en fonction des échelles non physiques. Pour obtenir des résultats dans cette approximation, il faut calculer les sections efficaces des sous-processus partoniques contribuant à la réaction étudiée à l'ordre le plus bas ainsi que les corrections virtuelles (une boucle) et réelles. Le calcul des corrections virtuelles reste très compliqué si le nombre de particules externes est supérieur à quatre ou si les particules externes (internes) sont massives.<br />Dans cette thèse est proposée une méthode automatique pour effectuer les calculs à une boucle et à cinq pattes, et qui peut être généralisée aux cas de particules massives.<br />Dans une première partie, nous décrirons divers outils et méthodes nécessaires à de tels calculs. Nous les appliquerons ensuite au calcul de la réaction (gluon + gluon -> photon + photon + gluon), qui intéresse les expérimentateurs des expériences ATLAS et CMS comme bruit de fond à la recherche du Higgs, notamment pour décrire correctement la queue de la distribution transverse du boson de Higgs. Sera alors présenté le résultat explicite de cette amplitude pour chaque configuration d'hélicités sous une forme compacte et une représentation clairement invariante de jauge. Nous terminerons par une étude phénoménologique de cette réaction.

Le LHC est un collisionneur proton-proton avec une énergie de 14 TeV disponible dans le centre de masse, qui entrera en service courant 2007 au CERN. Deux de ses expériences, ATLAS et CMS, rechercheront et étudieront notamment le boson de Higgs, la Supersymétrie et toute autre nouvelle physique. Cette thèse porte sur deux aspects de l'expérience ATLAS : • d'une part la simulation du calorimètre électromagnétique à Argon liquide, en particulier la reproduction de la chaîne d'électronique pour la numérisation du signal et l'estimation du bruit d'électronique et du bruit d'empilement (dû aux événements résultant des collisions élastiques au LHC). Ces deux points ont été validés par l'analyse des données des tests en faisceau de 2002 et 2004. • d'autre part une étude de physique portant sur le modèle du Petit Higgs. Ce modèle récent a pour but de résoudre le problème de hiérarchie du Modèle Standard en introduisant de nouvelles particules lourdes pour annuler les divergences quadratiques dans le calcul de la masse du boson de Higgs. Ces nouvelles particules, d'une masse de l'ordre du TeV/c2, sont un quark top lourd, des bosons de jauges lourds ZH, WH et AH, et enfin un triplet de Higgs lourds. L'étude de physique a porté sur les désintégrations caractéristiques du modèle, ZH en Z+H et WH en W+H, avec un Higgs soit d'une masse de 120 GeV/c2 se désint´egrant en deux photons, soit de 200 GeV/c2 se désintégrant en ZZ ou WW. Les résultats montrent dans les deux cas, pour 300 fb−1 (3 ans de fonctionnement à haute luminosité), une observation du signal à 5 écart-types pour des masses de ZH et WH inférieures à 2 TeV/c2, couvrant une large partie de l'espace des paramètres.

Une recherche indépendante de saveur du boson de Higgs neutre dans les canaux à quatre jets, e+e- -> h(hadrons)Z(qqbar), avec énergie manquante, e+e- -> h(hadrons)Z(nu nubar) et leptonique, e+e- -> h(hadrons)Z(e+e-, µ+µ-) est effectuée.<br> Les données analysées ont été enregistrées par le détecteur ALEPH auprès du LEP durant les années 1998, 1999 et 2000, avec des énergies dans le centre de masse situées entre 189 et 210 GeV.<br><br> Les sélections dans les canaux à quatre jets et avec énergie manquante sont basées sur la méthode multivariable des réseaux de neurones, qui combine de façon non linéaire les différentes informations qui décrivent le signal. Afin d'obtenir une sélection indépendante de la saveur des produits de désintégration du boson de Higgs, ces informations sont des variables purement topologiques et cinématiques.<br> La sélection dans le canal leptonique est réalisée par une succession de coupures qui tirent profit de la très bonne identification des électrons et des muons.<br><br> En appliquant ces sélections aux données enregistrées par ALEPH, aucun excès d'événements révélant la présence d'un signal n'est observé. Ceci permet de restreindre les valeurs permises de la masse du boson de Higgs neutre, sa section efficace et son rapport d'embranchement en hadrons.<br> Ce résultat est exprimé par une zone d'exclusion à 95% de niveau de confiance dans un espace à deux dimensions, à partir duquel il est possible de vérifier si un modèle particulier est exclu ou non par l'expérience.<br><br> Ce résultat général est interprété dans le cadre du Modèle Standard et du MSSM. Dans le cadre du Modèle Standard, une limite inférieure de 109.5 GeV/c2 sur la masse du boson de Higgs à 95% de niveau de confiance est obtenue.

Sur la Rigidité des Solides Amorphes: On comprend mal les propriétés microscopiques des solides amorphes, comme le transport, la propagation des forces ou la nature de leur rigidité mécanique. Ces questions semblent liées à la présence d'un excès de modes vibratoires à basse fréquence, le ''pic boson". On explique la nature de ces modes dans les systèmes répulsifs à courte portée. On argumente que cette description s'applique aussi aux milieux granulaires, à la silice, et aux verres colloïdaux. Fluctuations des prix, Conventions et Microstructure des marches Financiers: Les fluctuations des cours de la bourse ont des propriétés étonnantes. La volatilité (l'amplitude de ces fluctuations) est environ un ordre de grandeur plus grand que les prédictions de la théorie des marches efficients, et est corrèlee sur des échelles de temps très longs. Les agents sur réagissent aux informations. On montre que ces propriétés apparaissent lorsque les agents agissent en fonction de leur expérience et du passé du marché. On étudie aussi la microstructure des marchés, qui régulent les échanges aux temps courts. On explique pourquoi le prix est diffusif bien que les ordres marchés (les chocs subis par les prix) soient très corrélés. On évalue la fourchette des prix par des arguments de symétrie.

<p>The Standard Model describes all elementary particles known today, but at larger energies it will have to be complemented with new particles and interactions. To be able to distinguish new physics at proton colliders such as LHC at CERN, it is essential to have an appropriate description of the colliding protons and their interactions. The study of the proton is important also in itself, to get a better understanding of the non-perturbative aspects of the strong interaction.</p><p>In paper I-IV of this thesis, a model for the non-perturbative dynamics of quarks and gluons is developed, based on quantum fluctuations in hadrons. The parton distributions of the proton are given by momentum fluctuations, with sea quark distributions generated by fluctuations into baryon-meson pairs. This model can reproduce proton structure function data, as well as measured asymmetries between up and down valence quark distributions and between the anti-up and anti-down sea. It provides an intrinsic charm quark component as indicated by data. It also predicts an asymmetry in the strange sea of the proton, which can explain the NuTeV anomaly first attributed to new physics beyond the Standard Model.</p><p>Charged Higgs bosons are predicted by several theories for new physics, including Supersymmetry. At proton colliders, the predicted dominant production mechanism is in association with top and bottom quarks. In paper V-VII, different contributions to this production are studied, and an algorithm is developed for combining the two dominant processes gb -> tH^+/- and gg -> tbH^+/-. The algorithm gives a smooth transition from small to large transverse momenta of the b-quark, which is important when the b-quark is observed. It also gives arguments for the choice of factorisation scale in the process.</p>

<p>This thesis treats two different projects, both aiming at experimental tests at hadron colliders of some specific predictions of the Standard Model (SM) of particle physics and of its Minimal Supersymmetric extension (MSSM). The thesis is based on four papers.</p><p>Papers I-III study the discovery potential for a heavy charged Higgs boson of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). Charged Higgs bosons are part of the Higgs sector in many extensions to the SM and their detection would be an unambiguous sign of new physics.</p><p>If the charged Higgs boson is heavier than the top quark, its dominant decay mode is into a top and a bottom quark. Searches in this decay channel at ATLAS are difficult mainly due to the large top-quark pair-production background. The possible gain obtained when requiring 4 b-tagged jets for the signal events is studied, but no significant improvement compared to an analysis requiring 3 b-tagged jets is found.</p><p>If the masses of supersymmetric particles are sufficiently small, heavy charged Higgs bosons can decay into a chargino-neutralino pair. We show that in this decay channel charged Higgs bosons can be detected, given a favourable choice of parameters governing the MSSM.</p><p>In a large-mass-splitting MSSM scenario, the charged Higgs decay into a W boson and a neutral Higgs can have a large branching fraction. We conclude, however, that charged Higgs searches in this decay channel are made difficult by a large, irreducible SM background.</p><p>Paper IV describes a measurement of the top-quark pair production cross-section performed with the DØ detector at the Tevatron collider. Signal events in the muon+jets decay channel are selected using topological event characteristics and a preliminary result of σ(ttbar)=3.8 +1.1-1.1(stat) +0.9-0.8(syst) +0.3-0.2(lumi) pb is obtained using an integrated luminosity of 363/pb.</p>

The Standard Model describes all elementary particles known today, but at larger energies it will have to be complemented with new particles and interactions. To be able to distinguish new physics at proton colliders such as LHC at CERN, it is essential to have an appropriate description of the colliding protons and their interactions. The study of the proton is important also in itself, to get a better understanding of the non-perturbative aspects of the strong interaction. In paper I-IV of this thesis, a model for the non-perturbative dynamics of quarks and gluons is developed, based on quantum fluctuations in hadrons. The parton distributions of the proton are given by momentum fluctuations, with sea quark distributions generated by fluctuations into baryon-meson pairs. This model can reproduce proton structure function data, as well as measured asymmetries between up and down valence quark distributions and between the anti-up and anti-down sea. It provides an intrinsic charm quark component as indicated by data. It also predicts an asymmetry in the strange sea of the proton, which can explain the NuTeV anomaly first attributed to new physics beyond the Standard Model. Charged Higgs bosons are predicted by several theories for new physics, including Supersymmetry. At proton colliders, the predicted dominant production mechanism is in association with top and bottom quarks. In paper V-VII, different contributions to this production are studied, and an algorithm is developed for combining the two dominant processes gb -&gt; tH+/- and gg -&gt; tbH+/-. The algorithm gives a smooth transition from small to large transverse momenta of the b-quark, which is important when the b-quark is observed. It also gives arguments for the choice of factorisation scale in the process.

This thesis treats two different projects, both aiming at experimental tests at hadron colliders of some specific predictions of the Standard Model (SM) of particle physics and of its Minimal Supersymmetric extension (MSSM). The thesis is based on four papers. Papers I-III study the discovery potential for a heavy charged Higgs boson of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). Charged Higgs bosons are part of the Higgs sector in many extensions to the SM and their detection would be an unambiguous sign of new physics. If the charged Higgs boson is heavier than the top quark, its dominant decay mode is into a top and a bottom quark. Searches in this decay channel at ATLAS are difficult mainly due to the large top-quark pair-production background. The possible gain obtained when requiring 4 b-tagged jets for the signal events is studied, but no significant improvement compared to an analysis requiring 3 b-tagged jets is found. If the masses of supersymmetric particles are sufficiently small, heavy charged Higgs bosons can decay into a chargino-neutralino pair. We show that in this decay channel charged Higgs bosons can be detected, given a favourable choice of parameters governing the MSSM. In a large-mass-splitting MSSM scenario, the charged Higgs decay into a W boson and a neutral Higgs can have a large branching fraction. We conclude, however, that charged Higgs searches in this decay channel are made difficult by a large, irreducible SM background. Paper IV describes a measurement of the top-quark pair production cross-section performed with the DØ detector at the Tevatron collider. Signal events in the muon+jets decay channel are selected using topological event characteristics and a preliminary result of σ(ttbar)=3.8 +1.1-1.1(stat) +0.9-0.8(syst) +0.3-0.2(lumi) pb is obtained using an integrated luminosity of 363/pb.

Cette thèse décrit quelques développements dans les techniques de calcul des amplitudes de diffusion en théorie supersymétrique de champ de jauge . L'accent est mis sur les relations de récurrence on-shell et sur l'utilisation de méthodes d'unitarité pour des calculs de boucle. En particulier, la récurrence on-shell est liée aux règles BCFW pour calculer les amplitudes de jauge au niveau des arbres. Les combinaisons de techniques de coupe d'unitarité et la récurrence sont utilisées pour calculer les amplitudes de boucle, et finalement, à partir des amplitudes, pour obtenir la fonction de corrélation énergie-énergie en théorie de super-Yang-Mills N = 4 à l'aide de la représentation de Mellin-Barnes. Dans le dernier chapitre, nous tentons de trouver un contour convergent pour les intégrales de Mellin Barnes en multi-dimension obtenu par une certaine approximation d'un contour de phase stationnaire.