Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes sont considérées comme un outil unique pour produire, enlaboratoire, un milieu chaud et dense interagissant fortement, le Plasma de Quarks etde Gluons (PQG). Cette thèse est dédiée à l’étude de deux sondes, les J/ψ et les bosons Z, qui peuvent aider àatteindre une meilleure compréhension des propriétés du PQG.Dans les collisions d’ions lourds, il existe une observable importante pour étudier la formation du PQG, c’est lamesure de la production des J/ψ. L’importance des différents effets qui peuvent augmenter ou supprimer cetteproduction varie avec l’énergie de la collision. Dans cette thèse, la production des J/ψ est mesurée avec lescollisions Pb-Pb à √sNN =5.02 TeV, en utilisant principalement le spectromètre à muons du détecteur ALICE. Lefacteur de modification nucléaire des J/ψ est présenté en fonction de la centralité des collisions, la rapidité etl’impulsion transversale (pT). En outre, les résultats sur le pT moyen du J/ψ sont présentés. La comparaison entreles résultats expérimentaux et divers calculs théoriques suggère que la production du J/ψ est affectée dans le milieupar deux processus concurrents : le dissociation et le régénération.Dans les collisions d’ions lourds, l'état initial de la collision peut aussi affecter les résultats, en l'absence deformation du PQG. La compréhension et la quantification des tels effets est crucial pour les séparer de ceuxprovoqués par la présence du PQG. Un de ces effets est la modification nucléaire des fonctions de distribution despartons (PDFs). La mesure de production du boson Z dans les collisions d’ions lourds est un outil puissant pourétudier la modification nucléaire des PDFs car il n’est pas affectés par la présence d'une matière en forteinteraction. La seconde partie de cette thèse est dévolue à la mesure de la production des bosons Z, pour lapremière fois dans ALICE, avec les collisions p-Pb et Pb-Pb à √sNN =5.02 TeV. Dans les collisions Pb-Pb où laprécision de la mesure est plus élevée, l'accord entre les données et des calculs théoriques est meilleur lorsque cesderniers prennent en compte la modification nucléaire des PDFs. / Ultra relativistic heavy-ion collisions are considered as a unique tool to produce, in the laboratory, thehot and dense strongly-interacting medium, the Quark-Gluon Plasma (QGP). This thesis is dedicated to the studyof two powerful probes, the J/ψ and Z-boson, that can help reaching a better understanding of the properties of theQGP.An important observable to study the QGP formation in heavy-ion collisions is the measurement of the J/ψproduction. The sizes of the different effects that can enhance or suppress this production vary with the collisionenergy. In this thesis, the J/ψ production is measured in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV using mainly themuon spectrometer of the ALICE detector. The J/ψ nuclear modification factor is presented as a function ofcollision centrality, rapidity and transverse momentum (pT). In addition, results on the J/ψ average pT and squaredaverage pT are also obtained. The comparison between the results and various theoretical calculations suggests thatthe J/ψ production is affected in the medium by an interplay between dissociation and regeneration mechanisms.In heavy-ion collisions, the initial state of the collision can affect the results even in the absence of the QGP.Understanding and quantifying such effects is crucial in order to separate them from the ones caused by thepresence of the QGP. One of these effects is the nuclear modification of the parton distribution functions (PDFs).The measurement of Z-boson production in heavy-ion collisions is a powerful tool to study the nuclearmodification of PDFs since it is not affected by the presence of the strongly-interacting medium. The second partof this thesis is devoted to measure the Z-boson production, for the first time with ALICE, in p-Pb and Pb-Pbcollisions at √sNN = 5.02 TeV. In Pb-Pb collisions where the precision of the measurement is higher, the agreementbetween data and theoretical calculations is better when the latter take into account the nuclear modification of thePDFs.

This thesis presents a search for neutral bosons, such as new Higgs and Z' bosons, predicted by theories extending the Standard Model of particle physics. The search is performed in the di-tau analysis channel, where both tau leptons decay hadronically. Promising candidates of such theories are the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and the non-universal G(221) model, which predict large couplings to tau leptons in large regions of their parameter space. Proton–proton collisions produced by the Large Hadron Collider (LHC) at a center-of-mass energy of 13 TeV, recorded with the ATLAS detector in 2015 and 2016, are analyzed for this search. The data correspond to an integrated luminosity of 36.1 fb^-1. This search relies on sophisticated algorithms for the reconstruction of hadronic tau decays from their decay products. This thesis presents a novel approach employing multivariate techniques to significantly improve existing algorithms, which became the default for reconstruction of hadronic tau decays in ATLAS since 2017. Additionally, the new method can provide useful information for subsequent tau identification algorithms. The MSSM extends the Higgs sector of the Standard Model by four additional Higgs bosons. Of particular interest for this thesis are the neutral CP-even H and CP-odd A bosons. The search for these bosons is performed in the mass range of 0.2 TeV to 2.25 TeV in two orthogonal categories depending on the number of identified b-quarks, each preferring one of the two considered production modes via gluon–gluon fusion or b-associated production. The data are in good agreement with the Standard Model prediction. Upper limits are set on the cross-section times branching fraction using a confidence level (CL) of 95 % independently for both production modes. Most stringent observed limits are found for a resonance mass of 1.5 TeV to be 4.94 fb and 3.65 fb for gluon–gluon fusion and b-associated production, respectively. The results are further interpreted in the hMSSM, mhmax and mhmod scenarios. Observed upper limits in the hMSSM scenario on tanβ are found to be between 4.6 at mA = 0.25 TeV and 41.4 at mA = 1.5 TeV. The search for additional Z' bosons is performed independently on the number of identified b-quarks in the mass range of 0.2 TeV to 4 TeV. As for the search for additional Higgs bosons no significant hint for new physics has been observed. 95 % CL observed upper limits are set on the cross-section times branching fraction for Z' bosons in the Sequential Standard Model (SSM) benchmark scenario between 20.5 pb at mZ' = 0.2 TeV and 7.74 fb at mZ' = 1.75 TeV. The observed upper limit for the highest considered mass of mZ' = 4 TeV is found to be 16 fb. Z' bosons in the SSM and the non-universal G(221) model are excluded at 95 % CL for masses below 2353 GeV and 2232 GeV, respectively.

La première mesure du spectre en phi*_eta du boson Z à 7 TeV a été réalisée dans cette thèse. Cette variable permet de sonder la dynamique de production des Z de façon fine. L'échantillon complet des données enregistrées par ATLAS en 2011 a été utilisé ce qui correspond à 4.7/fb de luminosité intégrée. Les résultats de cette mesure sont publiés dans la Ref. [18] fondé sur la note interne Ref. [69]. La section efficace différentielle de Z->ee en fonction phi*_eta a été mesurée et comparée aux calculs perturbatifs à ordre fixé, avec/sans resommation pour la région des petits phi*_eta. Le code RESBOS fournit la meilleure description des données, cependant il est incapable de reproduire, à mieux de 4%, la forme détaillée de la section efficace mesurée. La section efficace différentielle a également été comparée aux prédictions de différents générateurs Monte Carlo interfacés avec un algorithme de parton shower. Les meilleures descriptions du spectre en phi*_eta mesuré sont données par les générateurs SHERPA et POWHEG+PYTHIA8. La mesure précise de la section efficace différentielle en phi*_eta fournit des informations précieuses pour l'ajustement des codes Monte Carlo. La précision expérimentale typique de cette mesure (~0.5%) est dix fois meilleure que la précision des calculs théoriques et elle est donc aussi précieuse pour contraindre la théorie. La mesure du spectre en ptZ a également été faite pour quantifier l'incertitude systématique de cette mesure en utilisant la grande statistique de l'échantillon de données. Cela permet de comparer deux mesures qui traitent de l'impulsion transverse du boson Z. Dans la plupart du domaine en phi*_eta l'incertitude systématique de la mesure de ptZ est deux fois plus grande que celle de la mesure de phi*_eta. Cette comparaison confirme l'intérêt de la variable phi*_eta. Les résultats présentés dans cette thèse ont beaucoup d'implications pour les études futures. Ajustant les générateurs Monte Carlo en utilisant les résultats de la mesure précise du spectre en phi*_eta minimisera l'incertitude sur leurs paramètres. Une mesure de la section efficace doublement différentielle en ptZ et phi*_eta est intéressante pour mieux comprendre la corrélation entre ces deux variables. La mesure précise du spectre en ptZ utilisant la variable phi*_eta peut être appliquée au spectre en ptW et on sait que des mesures plus fines du ptW sont importante pour une détermination précise de la masse du boson W. De plus, une compréhension précise du spectre en ptZ est importante pour comprendre les propriétés cinématiques de la production du boson de Higgs.

La première mesure du spectre en phi*_eta du boson Z à 7 TeV a été réalisée dans cette thèse. Cette variable permet de sonder la dynamique de production des Z de façon fine. L’échantillon complet des données enregistrées par ATLAS en 2011 a été utilisé ce qui correspond à 4.7/fb de luminosité intégrée. Les résultats de cette mesure sont publiés dans la Ref. [18] fondé sur la note interne Ref. [69]. La section efficace différentielle de Z->ee en fonction phi*_eta a été mesurée et comparée aux calculs perturbatifs à ordre fixé, avec/sans resommation pour la région des petits phi*_eta. Le code RESBOS fournit la meilleure description des données, cependant il est incapable de reproduire, à mieux de 4%, la forme détaillée de la section efficace mesurée. La section efficace différentielle a également été comparée aux prédictions de différents générateurs Monte Carlo interfacés avec un algorithme de parton shower. Les meilleures descriptions du spectre en phi*_eta mesuré sont données par les générateurs SHERPA et POWHEG+PYTHIA8. La mesure précise de la section efficace différentielle en phi*_eta fournit des informations précieuses pour l’ajustement des codes Monte Carlo. La précision expérimentale typique de cette mesure (~0.5%) est dix fois meilleure que la précision des calculs théoriques et elle est donc aussi précieuse pour contraindre la théorie. La mesure du spectre en ptZ a également été faite pour quantifier l’incertitude systématique de cette mesure en utilisant la grande statistique de l’échantillon de données. Cela permet de comparer deux mesures qui traitent de l’impulsion transverse du boson Z. Dans la plupart du domaine en phi*_eta l’incertitude systématique de la mesure de ptZ est deux fois plus grande que celle de la mesure de phi*_eta. Cette comparaison confirme l’intérêt de la variable phi*_eta. Les résultats présentés dans cette thèse ont beaucoup d’implications pour les études futures. Ajustant les générateurs Monte Carlo en utilisant les résultats de la mesure précise du spectre en phi*_eta minimisera l’incertitude sur leurs paramètres. Une mesure de la section efficace doublement différentielle en ptZ et phi*_eta est intéressante pour mieux comprendre la corrélation entre ces deux variables. La mesure précise du spectre en ptZ utilisant la variable phi*_eta peut être appliquée au spectre en ptW et on sait que des mesures plus fines du ptW sont importante pour une détermination précise de la masse du boson W. De plus, une compréhension précise du spectre en ptZ est importante pour comprendre les propriétés cinématiques de la production du boson de Higgs. / The first measurement of the phi*_eta spectrum of Z bosons at 7 TeV of pp collisions has been studied in this thesis, which is an alternative way to probe the transverse momentum of Z bosons. The full data sample recorded by the ATLAS detector during 2011 run of the LHC was used, which corresponds with 4.7/fb integrated luminosity. The results of this measurement were reported in Ref. [18] supported by the internal note in Ref. [69]. The differential cross section of Z->ee as a function of phi*_eta has been measured and compared to fixed order perturbative QCD calculations with/without a resummation for the low phi*_eta region. Calculations using RESBOS provide the best descriptions of the data. However, they are unable to reproduce the detailed shape of the measured cross section to better than 4%. The differential cross section was also compared to predictions from different Monte Carlo generators interfaced to a parton shower algorithm. The best descriptions of the measured phi*_eta spectrum are provided by SHERPA and POWHEG+PYTHIA8 Monte Carlo event generators. The precise measurement of the differential cross section as a function of phi*_eta provides valuable information for the tuning of MC generators. The typical experimental precision of this measurement (~0.5%) is ten times better than the typical theoretical precision and therefore is valuable to constrain the theoretical predictions further. The ptZ measurement has been also studied to quantify the systematic uncertainty of this measurement using the high statistic data sample. This allows to compare two measurements which both address the physics issues of the Z transverse momentum. In most of the phi*_eta range, the systematic uncertainty of the ptZ measurement is two times larger than the one of the phi*_eta measurement. This comparison confirms the interest for the phi*_eta variable. The measurements presented in this thesis has many implications for future studies. Tuning MC generators using the result of the precise measurement of the phi*_eta spectrum will minimize the uncertainty on the tuned parameters. A double differential cross section measurement as a function of ptZ and phi*_eta is interesting to understand the correlation between ptZ and phi*_eta variables. The precise measurement of the ptZ spectrum using the new variable phi*_eta can be applied to ptZ. More precise measurement of ptZ are important to obtain precise measurements of the W mass. In addition, a precise understanding of the ptZ spectrum is important to understand kinematic properties of Higgs boson production.