La recherche du Boson de Higgs du modèle standard produit en association avec un boson Z dans le canal ZH → e+e- bbˉ a été présentée. Cette étude a été réalisée avec 4.2 fb-1 de données collectées avec le détecteur DØ auprès du Tevatron. Aucun excès de donnée n'a été observé. Une limite sur la section efficace de production du processus ZH → e+e- bbˉ a été établie à 95% CL. / A search for a standard model Higgs boson in the ZH → e+e- bbˉ channel is presented using 4.2 fb-1 of data the DØ detector at the Tevatron. No excess of data have been found. A 95% CL limit on the ZH → e+e- bbˉ cross section production have been set.

Dans le Modèle Standard de la Physique des Particules, le boson de Higgs permet de générer la masse des particules élémentaires. Les contraintes théoriques et expérimentales actuels imposent au boson de Higgs d'avoir une masse comprise entre 114.4 et 158 GeV à 95% de niveau de confiance. Ces résultats confortent la recherche du boson de Higgs à basse masse dans la fenêtre encore ouverte.Le détecteur Dø est situé près de Chicago, au Tevatron, collisionneur protons-antiprotons avec une énergie dans le centre de masse de 1.96 TeV. le sujet de cette thèse est la recherche du boson de Higgs produit en association avec le boson Z. C'est un canal sensible au boson de Higgs de basse masse (<135 GeV) qui a un rapport avec le branchement H -> bb de l'ordre de 80% dans cette région en masse. Le canal d'étude ZH → nunubb a un état final composé de 2 jets de saveurs lourdes et de l'énergie transverse manquante emportée par les neutrinos.L'identification des jets de saveur lourde est réalisée à l'aide d'un nouvel algorithme que l'on a développé (SLTNN) : la méthode est basée sur la désintégration semi-leptonique des quarks b.L'analyse de recherche du boson de Higgs a été menée avec 3 fb-1 de données. L'utilisation de SLTNN a permis d'améliorer de 10% l'efficacité d'identification de boson de Higgs. En revanche, la sensibilité globale de l'analyse, une fois les bruits de fonds et erreurs systématiques prises en compte, est très peu améliorée. / In the Standard Model of particle physics, the Higgs boson generates elementary particles mass. Current theoretical and experimental constraints leads of a Higgs boson mass between 114.4 and 158 GeV with 95% confidence level. Moreover, Tevatron has recently excluded the mass window between 100 et 109 GeV with 95% confidence level. These results gives a clear indication search Higgs boson at low mass. Dø detector is located close to Chicago, at Tevatron, proton-antiproton collider with an energy in the center of mass 1.96 TeV. the topic of this thesis is the search of Higgs boson associated to a Z boson. It is a sensitive channel to low mass Higgs boson (<135 Gev) which has a branching ratio close to 80% in this mass range. The decay channel ZH → nunubb has in the final state 2 heavy-flavor jets and missing transverse energy due to neutrinos.The heavy-flavor jets identification is done thanks a new algorithm we have developped (SLTNN) : the method is based on semi-leptonic decay of b quarks.the Higgs boson search analysis was done with 3 fb-1 of data. The use of SLTNN permits to increase by 10% of Higgs boson tagging efficiency. On the other hand, global analysis sensitivity improvement, after taking into account the backgrounds and systematic errors, is low

La thèse décrit une étude de l'état final en paire de leptons tau dans le mode de désintégration semi-leptonique en muons et hadrons en utilisant des données proton-proton collisions à une énergie de centre de masse de 7 TeV avec le détecteur CMS au CERN Large Hadron Collider. La performance de l'algorithme de reconstruction et d'identification des leptons tau est étudiée en utilisant un échantillon de données de collisions proton-proton à $ \ sqrt $ = 7 TeV, ce qui correspond à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $. Les leptons tau qui se désintègrent en un seul hadron chargé, avec ou sans hadrons neutres sont reconstruits à l'aide de la technique dite du flot de particules pour la reconstruction des objets en utilisant un nouvel algorithme adapté aux leptons tau et appelé le Hadrons Plus Strips (HPS) qui utilise le trajectographe et le calorimètre électromagnétique de CMS. L'efficacité de l'algorithme de reconstruction est mesurée en utilisant les leptons taus produits lors de la désintégration de bosons Z. Le taux de mauvaise identification de leptons tau se désintégrant de manière hadronique pour les jets produits en association avec un boson W est également déterminé. La première mesure inclusive de production Z $ \ rightarrow \ tau \ tau $ dans les collisions pp au le LHC est présentée dans les états finals muon+jets en utilisant un échantillon de données de 36 pb $ ^ {-1} $. La section efficace mesurée est en bon accord avec les prédictions QCD à l'ordre doublement suivant l'ordre dominant (NNLO). Après avoir identifié le boson Z dans le mode de désintégration di-tau, une recherche inclusive de bosons de Higgs neutres du modèle supersymétrique standard minimal (MSSM) dans les collisions pp est réalisée à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. Les résultats sont basés sur un échantillon de données correspondant à une luminosité intégrée de 36 pb $ ^ {-1} $ et de 4,6 $ fb ^ {-1} $ enregistré par l'expérience CMS dans l'année 2010 et 2011 respectivement. La recherche utilise les désintégrations de bosons de Higgs en paire de leptons tau. Aucun excès n'est observée dans le spectre de masse invariante de paires de leptons tau. Les limites supérieures sur le produit de la section efficace de production de boson de Higgs par le rapport de branchement de la désintégration en paire de leptons tau en fonction de la masse du boson de Higgs pseudoscalaire permettent de donner des limites strictes dans l'espace des paramètres du MSSM. / The thesis describes a study of the tau-pair final state in the semi-leptonic decay mode into muon and hadrons using proton-proton collisions data at a center-of-mass energy of 7 TeV using the CMS detector at the CERN Large Hadron Collider. The performance of tau-lepton reconstruction and identification algorithm is studied using a data sample of proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 7 TeV, corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$. The tau leptons that decay into one charged hadron with or without the association of neutral hadrons is reconstructed using Particle-Flow object reconstruction technique with a novel tau identification algorithm called the Hadron Plus Strips (HPS) algorithm in the CMS tracker and electromagnetic calorimeter. The reconstruction efficiency of the algorithm is measured using $\tau$ leptons produced in Z-boson decays. The hadronically decaying tau lepton misidentification rate for jets produced in association with a W boson is also determined. The first measurement of inclusive Z$\rightarrow\tau\tau$ production in pp collisions at the LHC is presented in muon+hadrons final state using a data sample of 36 pb$^{-1}$. The measured cross-section is in good agreement with the next-to-next-to-leading order (NNLO) QCD prediction. After establishing the Z boson in di-tau decay mode, an inclusive search for neutral minimal supersymmetric standard model (MSSM) Higgs bosons in pp collisions is performed at a center-of-mass energy of 7 TeV. The results are based on a data sample corresponding to an integrated luminosity of 36 pb$^{-1}$ and 4.6 fb$^{-1}$ recorded by the CMS experiment in the year 2010 and 2011 respectively. The search uses decays of the Higgs bosons to tau pairs. No excess is observed in the tau-pair invariant-mass spectrum. The resulting upper limits on the Higgs boson production cross-section times the branching fraction to tau pairs, as a function of the pseudoscalar Higgs boson mass, yield stringent bounds in the MSSM parameter space.

Cette thèse a comme but la préparation à la recherche du boson de Higgs dans le canal diphoton au LHC, avec le détecteur ATLAS. <br /><br />Les problématiques qui sont étudiées s'articulent autour de la reconstruction du vertex H en deux photons, avec l'aide du calorimètre électromagnétique et du détecteur interne, et de la résolution en masse invariante diphoton.<br /><br />Des simulations différentes du détecteur ATLAS et les effets de la quantité de matière et des désalignements ont été étudiés. Des problématiques de calcul de la signification statistique ont également été discutées et le potentiel de découverte pour une basse luminosité integrée a été évalué.<br /><br />Une partie de la thèse se place dans le cadre des données CSC qui utilisent la plus récente simulation du détecteur ainsi que des méthodes de reconstruction mises au point et qui servent à effectuer une mise à jour de l'analyse effectuée par ATLAS. Toutes les étapes du traîtement du signal et du bruit de fond ont été discutées. Finalement on s'attend à voir un signal de 3 sigma avec une luminosité integrée de 10 fb-1

Le mécanisme de Higgs, introduit en 1964, propose une solution à un problème majeur du modèle standard de la physique des particules : l'origine de la masse. Ce mécanisme prédit l'existence d'un boson scalaire, de masse non prédite par la théorie et qui n'a encore jamais été observé expérimentalement (Juin 2012). Le Tevatron, un accélérateur hadronique basé à Fermi National Accelerator Laboratory près de Chicago, a permis la prise de données à l'aide des deux détecteurs CDF et DØ depuis 1983 jusqu'en septembre 2011. Accumulant une statistique de près de 10fb-1 à analyser. La production associée du Higgs et d'un boson vecteur est le canal principal de recherche pour un Higgs standard léger. A l'aide des données collectées par DØ, nous recherchons ce mode de production. La production du boson de Higgs étant très rare, nous avons développé des techniques sophistiquées de manière à améliorer la sensibilité au signal, telles que l'identification des jets de quarks beaux ou encore des méthodes basées sur des discriminants multivariés. Au final, une approche statistique nous permet de poser une limite supérieure sur le taux de production du Higgs observé (resp. attendu) rapporté aux prédictions du modèle standard. Les résultats obtenus dans le canal WH avec la statistique finale de l'expérience DØ au Tevatron sont de 3.15 (resp. 3.97) pour un boson de Higgs de 115 GeV/C2. / Higgs mechanism, introduced in 1964, gives a satisfactory solution to a major problem of the standard model of elementary particles : the origin of the mass. It predicts the existence of the Higgs scalar boson, which mass is not defined by the theory and which has not been discovered experimentally yet (June 2012). The Tevatron, a hadron accelerator based at Fermi National Accelerator Laboratory near Chicago, took data with its two multi-purpose detectors CDF and DØ since 1983 up to september 2011. Leaving about 10 fb-1 of statistics to analyze. Associated production of Higgs and vector gauge boson is the main search channel for a light standard Higgs boson. Using data collected by DØ, we are looking for this production mode taking advantage of sophisticated techniques to improve the signal sensitivity like b-jet identification and multivariate discriminants. In the end, a statistical approach allows us to set an upper limit on the ratio between the observed (resp. expected) Higgs production and its theoretical cross section. The results obtained in the WH channel using 9.7 fb-1 at DØ is 3;15 (resp. 3.96) for a 115 GeV/c2 Higgs boson.

Le thème des analyses présentées dans ce document est la mesure des propriétés du boson de Higgs se désintégrant dans le mode H→ZZ→4l dans l'expérience ATLAS au CERN. Le document commence par un résumé détaillé concernant la procédure d'étalonnage des électrons: l'algorithme de combinaison trace-cluster améliore la résolution en énergie (surtout pour les électrons ayant une faible énergie transverse) en exploitant les informations du cluster et de la trace dans un ajustement par maximum de vraisemblance. L'amélioration en résolution est approximativement de 18-20% pour les désintégrations du J/Ψ en di-électrons, et 3% pour Z→ee. Par la suite, la combinaison E-p est appliquée au canal H→ZZ→4l avec électrons dans l'état final permettant d’obtenir un gain modéré sur la distribution de la masse invariante (4-5%). En deuxième lieu, la masse du boson de Higgs et sa largeur sont estimées, en particulier afin de comprendre les effets apportés par l'utilisation de l'algorithme de combinaison trace-cluster. La masse a été calculée en se servant d'un ajustement à deux dimensions appliqué sur la masse invariante m4l et un score de discrimination du signal contre le bruit de fond ZZ*. Cette discrimination est obtenue en exploitant les corrélations angulaires dont les distributions sont sensibles au spin et à la parité du boson de Higgs. L’étude sur la largeur du boson est ensuite détaillée : les résultats sont basés sur une approche qui vise à contraindre cette largeur en analysant la région de haute masse m4l où le boson de Higgs se comporte comme un propagateur. La section efficace au pic de la résonance (« on-shell ») dépend de la largeur totale du boson de Higgs, ce qui n’est pas le cas pour la production dans la région de haute masse (« off-shell »). Par conséquent, des limites indirectes sur la largeur peuvent être déterminées en combinant les régions « on-shell » et « off-shell ». Une limite à 6.7 fois la largeur Higgs ΓSMH est obtenue via le canal 4l. En combinant la mesure « on-shell » avec tous les canaux de désintégration étudiés (notamment ZZ→4l, ZZ→2l2ν and WW→lνlν), les résultats aboutissent à une limite observée (attendue) sur la largeur totale de 22.7 (33.0) MeV. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée à l'analyse sur la largeur du boson de Higgs en quatre leptons à haute (High-Luminosity LHC) luminosité intégrée (respectivement 300 fb⁻¹ et 3000 fb⁻¹) : il s’agit d’une étude extrapolant à √s =14 TeV les techniques utilisées pour l’analyse à 8 TeV (Run 1). / The theme of the analyses presented in this Thesis is the measurement of the Higgs boson properties in the H→ZZ→4l decay channel with the ATLAS experiment at the LHC. A detailed overview on the electron calibration process is first presented. In this regard, the track-cluster combination algorithm is found to improve the energy resolution of low ET electrons by exploiting both track and cluster information into a maximum likelihood fit. The improvement in resolution is approximately 18-20% for J/Ψ dielectron decays, and of the order of 3% for Z→ee events. In addition, the E-p combination algorithm has also been applied to the H→ZZ→4l channel with electrons in the final state resulting in a non-negligible gain on the invariant mass distribution (4-5%). Secondly, the Higgs mass and its total width are evaluated in the H→ZZ→4l channel. The Higgs mass is measured in the 4l decay channel with particular interest on the beneficial effects brought by the improved electron calibration and the track-cluster combination. The mass on the full 2011 and 2012 datasets is worked out with a 2-dimensional fit on the invariant mass of the 4 lepton final state, m4l, and on a boosted decision tree (BDT)-based output conceived against the main ZZ irreducible background and constructed on variables that are sensitive to the Higgs boson spin-parity state. Regarding the Higgs width, results are based on a relatively recent approach aimed at indirectly constraining the Higgs boson width by exploiting the m4l high-mass region where the Higgs boson acts as a propagator. The Higgs production cross section in the on-shell m4l region, where the Higgs boson is a resonance, depends on the total Higgs width, whereas this is not the case for the high mass m4l (off-shell). Limits on the Higgs width can be therefore set when merging the off-shell results with the on-shell ones. A limit of ∼ 6.7 times ΓSMH is obtained in the four lepton channel. Secondly, by combining with the on-shell measurement and using all the decay channels in the analysis, i.e. ZZ→4l, ZZ→2l2ν and WW→lνlν, the results lead to an observed (expected) 95% C.L. upper limit on the Higgs boson total width of 22.7 (33.0) MeV (4.2 MeV is the Standard Model predicted Higgs width at mH=125 GeV).The last section of the thesis is devoted to the evaluation of the Higgs width at √s=14 TeV in the high luminosity scenario (High Luminosity LHC), 300 fb⁻¹ and 3000 fb⁻¹, by employing the same techniques exploited in the previous Run 1 analysis at √s=8 TeV.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Sonder la production du quark top et du boson de Higgs dans les évènements multi-jet avec expérience Atlas auprès du LHC.Le détecteur Atlas est une expérience généraliste placé auprès du collisionneur proton-proton circulaire de 27 km de circonférence, LHC. Le LHC est conçu pour produire des collisions avec une énergie nominale au centre de masse de l'ordre de racine carré8 = 14 Tev et une luminosité instantané de 10-34cm-2s-1. / Probing top quark and Higgs boson production in multi-jet avents at the LHC with the Atlas detector.The Atlas detector is a general purpose detector located at the Large Hadron Collider (LHC). It aims at the discovery af new physics phenomena and improving our knowledge of the standart Model (SM).

Le 4 Juillet 2012, la découverte d'une nouvelle particule scalaire d'une masse de l’ordre de 125 GeV a été annoncée par les collaborations ATLAS et CMS.Une nouvelle ère s'annonce : celle au cours de laquelle il faudra déterminer précisément les propriétés de cette nouvelle particule.Cela est crucial afin d'établir si cette particule est bien la trace du mécanisme responsable de la brisure de la symétrie du secteur électro-faible. Cela permettrait aussi de repérer tout élément susceptible d'être associé à une « nouvelle physique » dans le cas où le mécanisme de brisure ferait intervenir des ingrédients autres que ceux prédits par le Modèle Standard.Dans cette thèse, nous avons essayé de comprendre et de caractériser jusqu’à quel point ce nouveau champ scalaire est le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard. Nous avons établi les applications d'une telle découverte dans le contexte de théories supersymétriques et de modèles décrivant la matière noire.Dans une première partie consacrée au Modèle Standard de la physique des particules, nous étudions après une courte introduction au domaine, le processus de production d'une paire de bosons de Higgs au LHC. Un résultat majeur est que ce mode de production permettra de mesurer le couplage trilinéaire du Higgs qui est un paramètre essentiel à mesurer afin de reconstruire le potentiel du Higgs et donc représente la dernière vérification à effectuer pour confirmer l'origine de la brisure spontanée de la symétrie électro-faible.La deuxième partie traite des théories supersymétriques. Après une introduction au sujet, un de nos importants résultats est d'avoir fortement contraint un certain nombre de modèles supersymétriques après la découverte du boson de Higgs. Nous avons aussi introduit une nouvelle approche qui permet aux physiciens expérimentateurs de rechercher de manière efficace les bosons de Higgs supersymétriques dans les expériences actuelles et futures du LHC.La troisième partie concerne la matière noire. Nous présentons des résultats qui établis-sent d'importantes limitations sur des modèles où la matière noire interagirait avec le boson de Higgs. Nous discutons aussi de scénarios alternatifs qui font intervenir de la matière noire hors équilibre avec le bain thermique. Dans un premier temps nous dé-montrons qu'il existe un lien étroit entre la température de réchauffement de l'univers et le schéma de brisure du groupe de jauge du Modèle Standard et dans un deuxième temps nous étudions la genèse de matière noire par l'intermédiaire de nouveaux bosons Z’. / On the 4th of July 2012, the discovery of a new scalar particle with a mass of order 125 GeV was announced by the ATLAS and CMS collaborations. An important era is now opening: the precise determination of the properties of the produced particle. This is of extreme importance in order to establish that this particle is indeed the relic of the mechanism responsible for the electroweak symmetry breaking and to pin down effects of new physics if additional ingredients beyond those of the Standard Model are involved in the symmetry breaking mechanism. In this thesis we have tried to understand and characterize to which extent this new scalar field is the Standard Model Higgs Boson and set the implications of this discovery in the context of Supersymmetric theories and dark matter models.In a first part devoted to the Standard Model of particle physics, we discuss the Higgs pair production processes at the LHC and the main output of our results is that they al-low for the determination of the trilinear Higgs self-coupling which represents a first important step towards the reconstruction of the Higgs potential and thus the final verifica-tion of the Higgs mechanism as the origin of electroweak symmetry breaking.The second part is about Supersymmetric theories. After a review of the topics one of our result is to set strong restrictions on Supersymmetric models after the Higgs discov-ery. We also introduce a new approach which would allow experimentalists to efficiently look for supersymmetric heavy Higgs bosons at current and next LHC runs.The third part concerns dark matter. We present results which give strong constraints on Higgs-portal models. We finally discuss alternative non-thermal dark matter scenario. Firstly, we demonstrate that there exists a tight link between the reheating temperature and the scheme of the Standard Model gauge group breaking and secondly we study the genesis of dark matter by a Z’ portal.

Le futur Collisionneur Linéaire International ILC est un projet de collisionneur leptonique dont le but est de poursuivre le programme physique effectué par le LHC. Ce collisionneur permettra, entre autres, de mesurer avec précision les propriétés du boson de Higgs, découvert en 2012 au LHC. Deux détecteurs de particules sont prévus pour équiper le point de collision de l'ILC, le Grand Détecteur International ILD et le Détecteur en Silicium SiD. Ces deux détecteurs sont conçus afin de permettre l'application d'algorithmes de suivi de particules. Cette technique innovante permettrait d'améliorer la reconstruction et la mesure en énergie des jets. Pour permettre l'application de ces algorithmes de suivi de particules, les calorimètres équipant ces détecteurs doivent disposer d'une très grande granularité. Le calorimètre hadronique à lecture semi-numérique SDHCAL fait partie des options possibles pour équiper l'ILD. Ce calorimètre utilise des chambres à plaques résistives de verre comme partie active. La lecture s'effectue par des canaux de 1 cm x 1 cm. Un prototype a été développé en 2011, en grande partie à l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon, et régulièrement soumis à des faisceaux de muons, d'électrons et de hadrons au CERN. Une grande partie de cette thèse est consacrée à mes travaux sur le programme de simulation du SDHCAL. L'analyse des données enregistrées en Octobre 2015 m'a permis de perfectionner l'algorithme de simulation des chambres à plaques résistives de verre utilisées dans le prototype. Une comparaison de la topologie des gerbes hadroniques et électromagnétiques entre des gerbes provenant de données expérimentales et des gerbes simulées sera présentée. Une autre partie est consacrée à la reconstruction de l'énergie des gerbes hadroniques au sein du SDHCAL. En utilisant la simulation du SDHCAL, j'ai pu étudier l'impact de la composante électromagnétique sur l'estimation de l'énergie des gerbes hadroniques, ce qui m'a permis de proposer une méthode alternative de reconstruction de l'énergie permettant d'améliorer les performances du SDHCAL. J'ai pu également étudier l'impact de l'utilisation d'une électronique de lecture plus avancée sur l'estimation de l'énergie. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de la mesure de la section efficace du processus e+e- → HZ en utilisant les désintégrations hadroniques du Z, dans le cadre d'une simulation complète de l'ILD utilisant le SDHCAL comme calorimètre hadronique. Pour une énergie de collision de 250 GeV, la précision attendue sur la mesure de cette section efficace est de 1,8%. Cette précision est comparable à celle obtenue en utilisant les désintégrations leptoniques du Z / The future International Linear Collider ILC is a project of a leptonic collider which aims to continue the physical program of the LHC. Using this collider, it will be possible to precisely measure the properties of the Higgs Boson, discovered in 2012 at the LHC. Two particle detectors are planned to equip the colliding point of the ILC, the International Large Detector ILD, and the Silicon Detector SiD. These two detectors are designed with the prospect of using particle flow algorithms. This innovative technique can improve the reconstruction and energy measurement of the jets. To apply these particle flow algorithms, highly granular calorimeters have to be used. The semi-digital hadronic calorimeter SDHCAL is proposed to equip the International Large Detector. This calorimeter uses Glass Resistive Plate Chambers as the active part. The readout is done using 1cm x 1cm channels. A prototype has been developed in 2011, mainly at the Institut de Physique Nucléaire de Lyon, and regularly exposed to muons, electrons and hadrons beams at CERN. During this thesis, I mainly worked on the SDHCAL simulation program. Using the data taken in October 2015, I could improve the algorithm which simulates the response of the Glass Resistive Plate Chambers used in the prototype. A comparison of the topology of the electromagnetic and hadronic showers from data and simulation will be presented. Another part of this thesis is focused on the energy reconstruction of the hadronic showers in the SDHCAL. By using the SDHCAL simulation, I could study the impact of the electromagnetic component on the energy estimation of the hadronic showers, from which I could propose an alternative method for reconstructing the energy, which improves the performance of the SDHCAL. I could also study the impact of using a more advanced readout electronics on the energy estimation