In this thesis we address several analytical and numerical problems related with the general relativistic study of black hole space-times and boson stars. We have developed a new centered finite volume method based on the flux splitting approach. The techniques for dealing with the singularity, steep gradients and apparent horizon location, are studied in the context of a single Schwarzschild black hole, in both spherically symmetric and full 3D simulations. We present an extended study of gauge instabilities related with a class of singularity avoiding slicing conditions and show that, contrary to previous claims, these instabilities are not generic for evolved gauge conditions. We developed an alternative to the current space coordinate conditions, based on a generalized Almost Killing Equation. We performed a general relativistic study regarding the long term stability of Mixed-State Boson Stars configurations and showed that they are suitable candidates for dark matter models. / En esta tesis abordamos varios problemas analíticos y numéricos relacionados con el estudio de agujeros negros relativistas y modelos de materia oscura. Hemos desarrollado un nuevo método de volúmenes finitos centrados basado en el enfoque de la división de flujo. Discutimos las técnicas para tratar con la singularidad, los gradientes abruptos y la localización del horizonte aparente en el contexto de un solo agujero negro de Schwarzschild, en simulaciones tanto con simetría esférica como completamente tridimensionales. Hemos extendido el estudio de una familia de condiciones de foliaciones evitadoras de singularidad y mostrado que ciertas inestabilidades no son genéricas para condiciones de gauge dinámicas. Desarrollamos una alternativa a las prescripciones actuales basada en una Almost Killing Equation generalizada. Hemos realizado también un estudio con respecto a la estabilidad a largo plazo de configuraciones de Mixed-State Boson Stars, el cual sugiere que estas podrían ser candidatas apropiadas para modelos de materia oscura.

Physics in the year 2006 is tightly constrained by experiment, observation, and mathematical consistency. The Standard Model provides a remarkably precise de- scription of particle physics, and general relativity is quite successful in describing gravitational phenomena. At the same time, it is clear that a more fundamental theory is needed for several distinct reasons. Here we consider a new approach, which begins with the unusually ambitious point of view that a truly fundamental theory should aspire to explaining the origins of Lorentz invariance, gravity, gauge fields and their symmetry, supersymmetry, fermionic fields, bosonic fields, quantum mechanics and spacetime. The present dissertation is organized so that it starts with the most conventional ideas for extending the Standard Model and ends with a microscopic statistical picture, which is actually the logical starting point of the theory, but which is also the most remote excursion from conventional physics. One motivation for the present work is the fact that a Euclidean path integral in quantum physics is equivalent to a partition function in statistical physics. This suggests that the most fundamental description of nature may be statistical. This dissertation may be regarded as an attempt to see how far one can go with this premise in explaining the observed phenomena, starting with the simplest statistical picture imaginable. It may be that nature is richer than the model assumed here, but the present results are quite suggestive, because, with a set of assumptions that are not unreasonable, one recovers the phenomena listed above. At the end, the present theory leads back to conventional physics, except that Lorentz invariance and supersymmetry are violated at extremely high energy. To be more specific, one obtains local Lorentz invariance (at low energy compared to the Planck scale), an SO(N) unified gauge theory (with N = 10 as the simplest possibility), supersymmetry of Standard Model fermions and their sfermion partners, and other familiar features of standard physics. Like other attempts at superunification, the present theory involves higher dimensions and topological defects.

En 2007 aura lieu au CERN le démarrage du collisionneur LHC qui étudiera l'origine de la masse et cherchera les signes d'une nouvelle physique. L'expérience ATLAS en exploitera les potentialités avec un détecteur généraliste multicouches.<br />L'étude du quark top sera une étape importante : ses propriétés peuvent révéler une éventuelle nouvelle physique. Dans ce but, la polarisation du quark top et du boson W ont été étudiées avec une simulation détaillée du détecteur, dont les résultats confirment la simulation simplifiée. Ils indiquent une précision de 1 à 7 % avec 10 fb-1 de données, adéquate pour écarter ou retenir divers modèles de nouvelle physique.<br />Le calorimètre électromagnétique d'ATLAS est crucial pour l'observation des électrons et photons, et donc pour la recherche du boson de Higgs. Sa mise en route est illustrée ici par l'analyse des rampes reliant le calibrage au signal mesuré, ainsi qu'une analyse des muons cosmiques, premier test de la chaîne de lecture dans de vraies conditions de fonctionnement.

Le travail actuel de thèse est consacré à l'étude de la dynamique vibrationnelle du verre et en particulier à la recherche sur l'anomalie de basse fréquence: le « Boson Peak » (BP). Dans le premier chapitre, les aspects généraux de l'état vitreux sont présentés. Ici nous discutons comment le comportement thermodynamique anormal des verres peut être associé à la présence du Boson Peak dans la densité vibrationnelle (DOS) du verre. Dans le deuxième chapitre, nous discutons les techniques spectroscopiques principales utilisées dans cette étude: Diffusion non élastique nucleaire et la diffusion non élastique de rayons X. Dans le troisième chapitre, nous présentons l'étude du verre « hyperquenched ». Les effets de l'histoire thermique sur les propriétés dynamique et structurales des verres sont étudies. Le quatrième chapitre est consacrée à l'étude de l'effet de la pression et de la densité sur le DOS d'un verre. Les changements de la DOS sont corrélées une fois de plus avec les changements macroscopiques à moins qu'une transformation structurale ait lieu. En conclusion, nous présentons une étude sur la dynamique à haute fréquence (dans la région de fréquence de THz) d'ortho-terphenyl vitreux, et l'effet de la pression sur cette dynamique est discute. En comparant nos résultats à d'autres données disponibles dans la littérature, il à été possible de déduire quelques conclusions sur la nature des modes acoustique aux énergies identiques à celle du BP.

Studies of minimum bias events at colliders probe the behavior of QCD in the non-perturbative regime. The phenomenology of events in this regime is described by empirical models that take many parameters, which all need to be tuned to the observed data. Measurements based on angular correlations between the highest transverse momentum charged particle track and the other charged particle tracks in collision events can, because of their robustness against experimental and detector effects, be a component of the tuning inputs for the models. We measure such observables in a variety of pseudorapidity ranges and at many center-of-mass energies at DØ and ATLAS. We observe that such observables are poorly described by current models and tunes that are used to produce simulated event samples, making them valuable information for the tuning process. The Matrix Element method is a powerful analysis tool to extract precise measurements from data samples of limited statistics. We have investigated the potential of the Matrix Element method to measure the mass of the charged Higgs in the exclusive decay H±→τ±ν→e±+3ν when produced in top quark decays at the Tevatron, with emphasis on the construction of transfer functions in the τ decay chain. We concluded that the τ decay chain can be successfully parametrized via a transfer function and that the method has the potential to provide an accurate charged Higgs mass measurement in this channel. Triggering on τ leptons is a key component for many beyond the Standard Model searches at ATLAS, such as the search for the charged Higgs boson. Events containing Z bosons can be used to measure the efficiency of the ATLAS τ hadronic-decay trigger. We have used a tag-and-probe method on simulated Z boson decays to 2 τ leptons where one decays to a μ while the other decays hadronically. The μ is used as the tag and the τ side is probed. We demonstrated that the efficiency of the τ hadronic-decay trigger can be accurately measured with this method using the first 100 pb-1 of ATLAS data. / Felaktigt tryckt som Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Dissertations from the Faculty of Science and Technology 732

<p>The dissertation brings together approaches across the fields of physics, critical theory, literary studies, philosophy of physics, sociology of science, and history of science to synthesize a hybrid approach for instigating more rigorous and intense cross-disciplinary interrogations between the sciences and the humanities. I explore the concept of speculation in particle physics and science fiction to examine emergent critical approaches for working in the two areas of literature and physics (the latter through critical science studies), but with the expectation of contributing new insights to media theory, critical code studies, and also the science studies of science fiction. </p><p>There are two levels of conversations going on in the dissertation; at the first level, the discussion is centered on a critical historiography and philosophical implications of the discovery Higgs boson in relation to its position at the intersection of old (current) and the potential for new possibilities in quantum physics; I then position my findings on the Higgs boson in connection to the double-slit experiment that represents foundational inquiries into quantum physics, to demonstrate the bridge between fundamental physics and high energy particle physics. The conceptualization of the variants of the double-slit experiment informs the aforementioned critical comparisons. At the second level of the conversation, theories are produced from a close study of the physics objects as speculative engine for new knowledge generation that are then reconceptualized and re-articulated for extrapolation into the speculative ontology of hard science fiction, particularly the hard science fiction written with the double intent of speaking to the science while producing imaginative and socially conscious science through the literary affordances of science fiction. The works of science fiction examined here demonstrate the tension between the internal values of physics in the practice of theory and experiment and questions on ethics, culture, and morality.</p><p>Nevertheless, the dissertation hopes to show the beginnings of a possibility, through the contentious but generative space provided by speculative physics, to produce more cross-collaborative thinking between physics as represented by the hard sciences, and science fiction representing the objects of literary enterprise and creative evolution.</p> / Dissertation

Ce travail de thése concerne la recherche du boson de Higgsa laide de canaux de désinégration contenant des photons dans létat final, baée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, a une énergie dans le centre de masse des collisions proton-proton center-mass-energy et 8 TeV. La sélection deséévenements, les principaux bruits de fond, les propriéés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des ésultats en terme de boson de Higgs du moéle standard sont discués. Dans le canal de désinégration H to gamma+gamma, un excés par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible a une masse mH=126,8 +- 0,2(stat) +- 0,7(syst) GeV et avec une significativité locale de7,4 sigma. En revanche, dans le canal de désinégration rareH to Z+gamma, aucun excés n'est obseré dans la feétre de masse allant de 120 a 150 GeV. Ce résultat est interpéé comme une limiteégalea 11 fois la valeur de la section efficace de production pp to H to Z+gamma prédite par le moéle standard pour une masse du boson de Higgs de mH = 125,5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux engamma+gamma et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du systéme de éclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacréea la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années.

Ce travail de thèse concerne la recherche du boson de Higgs à l'aide de canaux de désintégration contenant des photons dans l'état final, basée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, à une énergie dans le centre de masse des collisions √ proton-proton s = 7 et 8 TeV. La sélection des évévenements, les principaux bruits de fond, les propriétés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des résultats en terme de boson de Higgs du modèle standard sont discutés. Dans le canal de désintégration H → γγ, un excès par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible à une masse m H = 126, 8 ± 0, 2(stat) ± 0, 7(syst) GeV et avec une significativité locale de 7, 4σ. En revanche, dans le canal de désintégration rare H → Zγ, aucun excès n'est observé dans la fenêtre de masse allant de 120 à 150 GeV. Ce résultat est interprété comme une limite égale à 11 fois la valeur de la section efficace de production pp → H → Zγ prédite par le modèle standard pour une masse du boson de Higgs de m H = 125, 5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux en γγ et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du système de déclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacrée à la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années.

After a long history of searches, a Higgs boson H was discovered by the ATLAS and the CMS experiments at the Large Hadron Collider (LHC) in 2012. Its properties fit well the ones predicted by the Standard Model (SM) of particle physics. However, the SM can not explain other established properties of Nature, such as the existence of Dark Matter. For this reason, models beyond the SM should be considered. Such models often predict the existence of several Higgs bosons and this thesis explores some of those models. In particular, the possibility to discover a charged Higgs boson, which would be a clear sign of physics beyond the SM, is studied. A commonly studied extension of the SM is the framework of two-Higgs-doublet models (2HDMs), where there are five Higgs bosons. By confronting the parameter spaces of some 2HDMs with publically available data from the LHC, the prospects for finding the 2HDM Higgs bosons is presented through the calculation of production cross sections and decay branching ratios in various channels. A new kind of 2HDM, called the Stealth Doublet Model is presented and the properties of the Higgs bosons are studied. In this model, it is shown that in particular the properties of the charged Higgs boson H± have new features not exhibited in earlier studied models. Within the parameter space compatible with the LHC results, the production cross section for H± can be sizeable enough to be experimentally observed. Finally, the discovery prospects at the LHC, for a H± in the pp → tH± process, with the decays H± → HW± and H → bb, is studied in various models beyond the Standard Model. It is shown that for the supersymmetric models, this channel is beyond the discovery reach of the LHC. In some of the other studied models, in particular the Aligned 2HDM, the situation is improved and the channel is feasible.

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.