Dans le cadre de la préparation de l'expérience L3 sur LEP au CERN, cette thèse présente une étude d'une portion du calorimètre électromagnétique formée de 100 cristaux de germanate de bismuth (B.G.O.). La lumière de scintillation de chacun des cristaux est lue par des photodiodes de grande surface (2 X 1.5 cm2).<br />L'electronique asociée aux photodiodes est étudiée de façon détaillée depuis les préamplificateurs de charge (responsabilité spécifique du groupe de lyon) jusqu'aux convertisseurs analogique-digital.<br />En particulier, le rapport signal sur bruit est discuté en relation avec les performances du détecteur à basse énergie. Le bruit électronique obtenu par cristal est de l'ordre de 1300 électrons, soit 1.5 MeV B.G.O. Il comporte une partie intrinsèque et une forte partie corrélée qui joue un rôle important à basse énergie dans la dégradation de la résolution en énergie. L'ensemble des résultats obtenus a permis d'atteindre le stade final de la construction du calorimètre électromagnétique.

<p>This thesis is based on work done in two different experimental projects. </p><p>The first project, the Tau RICH, is a previously proposed τ-neutrino appearance experiment for the CERN neutrino beam at the Gran Sasso laboratory in Italy. The proposed experimental concept is based on the use of focusing RICH detectors with liquid radiator (C₆F₁₄). Simulations made with a Geant4 code show that in the proposed experimental set-up, Cherenkov light from delta electrons will constitute a severe background that in practice would render the experiment unfeasible.</p><p>The second project, ATLAS, is a general purpose detector at the CERN 14 TeV proton-proton collider LHC which will start operation in 2007. To make the reconstruction and selection of the events in ATLAS more accurate, complete and up-to-date information on the interaction of the produced particles with the detector is needed. A service program code, the Material Integration Service (MIS), has been developed which makes use of the detector descriptions already available in a Geant4 code and which uses a novel algorithm, based on line integrals evaluated within small volume elements that build up the detector. This code is demonstrated to constitute a practically useful tool of satisfactory performance and accuracy.</p><p>The charged Higgs boson production in the gluon-bottom quark mode, gb → tH^±, followed by charged Higgs decays into a chargino and a neutralino, is studied for a specific choice of values for the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) parameters. It is shown, using a Monte Carlo code to simulate the ATLAS detector and the assumed MSSM physics model, that for an integrated luminosity of 300 fb^-1, in the intermediate region 4 < tanβ < 10 where H^± decays to SM particles cannot be used for H^± discovery, charged Higgs decays to non-SM particles can be used for Higgs discovery at the 5 σ significance level.</p>

This thesis is based on work done in two different experimental projects. The first project, the Tau RICH, is a previously proposed τ-neutrino appearance experiment for the CERN neutrino beam at the Gran Sasso laboratory in Italy. The proposed experimental concept is based on the use of focusing RICH detectors with liquid radiator (C6F14). Simulations made with a Geant4 code show that in the proposed experimental set-up, Cherenkov light from delta electrons will constitute a severe background that in practice would render the experiment unfeasible. The second project, ATLAS, is a general purpose detector at the CERN 14 TeV proton-proton collider LHC which will start operation in 2007. To make the reconstruction and selection of the events in ATLAS more accurate, complete and up-to-date information on the interaction of the produced particles with the detector is needed. A service program code, the Material Integration Service (MIS), has been developed which makes use of the detector descriptions already available in a Geant4 code and which uses a novel algorithm, based on line integrals evaluated within small volume elements that build up the detector. This code is demonstrated to constitute a practically useful tool of satisfactory performance and accuracy. The charged Higgs boson production in the gluon-bottom quark mode, gb → tH±, followed by charged Higgs decays into a chargino and a neutralino, is studied for a specific choice of values for the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) parameters. It is shown, using a Monte Carlo code to simulate the ATLAS detector and the assumed MSSM physics model, that for an integrated luminosity of 300 fb-1, in the intermediate region 4 &lt; tanβ &lt; 10 where H± decays to SM particles cannot be used for H± discovery, charged Higgs decays to non-SM particles can be used for Higgs discovery at the 5 σ significance level.

Dans cette thèse, mes contributions personnelles à l'expérience ATLAS sont présentées. Elles consistent en des études de performance et des analyses physiques concernant les photons, dans le cadre de la recherche du boson de Higgs. La première partie de cette thèse contient des analyses de performance sur le détecteur. Une étude de performance du système de haute tension du calorimètre électromagnétique (EMCAL) est présentée. Plus précisément, l'effet du aux résistances d'électrodes du EMCAL sur la mesure de l'énergie est investigué, et mesuré négligeable dans la plupart des cas. Par la suite, des études de performance de la reconstruction des photons sont présentées, l'étalonnage standard du EMCAL est validé à l'aide de photons provenant de désintégrations radiatives du boson Z. La deuxième partie de ce document concerne deux analyses de physique, portant sur la recherche du boson de Higgs dans les canaux de désintégration γγ et Zγ. Ma contribution principale à ces analyses fut le développement d'un modèle analytique de résolution du signal, construit pour répondre à la nécessité d'une interpolation de la fonction de densité de probabilité de la masse invariante du signal. Les résultats présentés sur la recherche du boson de Higgs dans le canal en di-photon proviennent de 4,8 fb−1 de données enregistrées à une énergie du centre de masse de √s = 7 TeV et de 5,9 fb−1 'a √s = 8 TeV. Un excès d'événements est observé dans la distribution de masse invariante des paires de photons, aux alentours de 126,5 GeV, avec une significance locale de 4,5 déviations standard. La combinaison de ce résultat avec ceux obtenus dans les recherches du boson de Higgs dans les canaux H → ZZ et H → WW démontre l'existence d'une nouvelle particule a une masse de 126, 0±0, 4(stat.)±0, 4(syst.) GeV. Ce résultat est compatible avec le boson scalaire du modèle standard de la physique de particules. La recherche du boson de Higgs dans le canal Zγ, est effectuée à l'aide de 4, 8 fb−1 de données enregistrées à √s = 7 TeV et de 20, 7 fb−1 à √s = 8 TeV. Aucune déviation significative du bruit de fonds prédict par le modèle standard est observée. Les limites supérieures à 95% de niveau de confiance sur le produit de la section efficace avec le rapport d'embranchement sont à 18,2 (observé) et à 13,6 (attendu) fois le modèle standard pour une masse de 125 GeV.

Résumé indisponible

L'expérience ALICE est une des quatre grandes expériences fonctionnant auprès du LHC au CERN et dont le but principal est l'étude du plasma de quarks et de gluons (ou QGP) produit dans les collisions d'ions lourds. Une des observables privilégiées pour sonder le QGP est la production des quarkonia lourds qui doit être modifiée dans les collisions d'ions lourds comparées aux collisions pp. L'intérêt des quarkonia n'est pas limité aux collisions d'ions lourds puisque leur mécanisme de production dans les collisions pp n'est pas encore très bien compris. Le but de ce travail de thèse est l'estimation de la section efficace de production des Υ(nS) en collision pp à une énergie de s = 7 TeV à l'aide du canal de désintégration en dimuon avec le spectromètre à muons de l'expérience ALICE. Le spectromètre à muons dans ALICE est situé à grande rapidité −4 < y < −2.5. Il consiste en un système d'absorbeurs, un dipôle chaud, des stations de trajectographie et de déclenchement. Ce travail de thèse décrit une contribution au logiciel de contrôle en ligne (online monitoring) du système de déclenchement des muons qui a été développé dans un esprit d'efficacité. Une partie des données enregistrées en 2010 a été analysée pour estimer la section efficace de production du Υ. La section efficace de production du J/ψ publiée par ALICE à la même énergie est exploitée par la méthode d'estimation. Le résultat préliminaire obtenu dans l'intervalle en rapidité 2.5 < y < 4 est σΥ(1S) × BΥ(1S)→µ+µ− =0.62 ± 0.38(stat.) ±00..1221 (syst.) nb par unité de rapidité.

Pour les accélérateurs de particules à hautes énergies, le système de verrouillage est une partie clé de la protection de la machine. Le verrouillage de la machine est l'inhibition du faisceau dès lors qu'un équipement critique tombe en panne et/ou qu'un faisceau est de faible qualité. Pour un système de verrouillage, sa sûreté de fonctionnement est la caractéristique la plus importante. Cette thèse présente le développement d'un système de verrouillage pour les collisionneurs linéaires avec une application au projet CLIC (Compact Linear Collider). Son élaboration s'appuie sur la norme d'ingénierie IEEE 1220 et se décline en quatre parties. Tout d'abord, les spécifications sont établies. Une attention particulière est portée sur la sûreté de fonctionnement, plus précisément, la fiabilité et la disponibilité du système. La deuxième étape est la proposition d'un design. Celui-ci est basé sur une analyse fonctionnelle, les interfaces du système et l'architecture du CLIC. Troisièmement, une étude de faisabilité est effectuée en appliquant les concepts dans un environnement opérationnel. Finalement, la dernière étape est la vérification matérielle. Le but est de prouver que le design proposé est capable de remplir le cahier des charges établi.

Detector mis-modelling or hardware problems may cause an excess of Missing Transverse Energy (MET) to be inferred in physics events recorded in ATLAS, leading to higher than expected backgrounds for new physics. In particular, non-Gaussian tails in the MET distribution are unlikely to be well modelled in Monte Carlo simulations. To account for this, a technique has been established to improve the background predictions derived from Monte Carlo simulations. This is done using a correction derived through comparison of control samples in data and Monte Carlo simulation. Two different control samples are used to create the correction, giving a range of predictions for the shape of the MET tail and aiding the calculation of systematic errors. This technique is then applied to several samples which are potential backgrounds to new physics which give detector signatures which include MET. / Graduate

Freiburg i. Br., Univ., Diss., 2007.

A routine non-destructive test method based on Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) has been developed and applied for the inspection of the first 11 T dipole prototype magnet half shell welds, and the test results are compared with the radiography and visual inspection results of the same welds. A manual scanner and alignment system have been developed and built to facilitate the inspection of the 5.5 m long welds, and to assure reproducibility of the PAUT results. Through the comparison of distance readings and signal amplitude for different focus lengths, a focal law with focus at 25 mm sound path has been selected for the routine inspection of the 15 mm thick austenitic stainless steel 11 T dipole welds. The defocusing properties (beam spread) due to the cylindrical geometry of the half shells and the sound path distance to the area of interest were taken into account. Dedicated sensitivity calibration weld samples with artificial defects (side-drilled-holes) have been designed and produced from 11 T dipole prototype austenitic stainless steel half shell welds. These provide representative calibration for the strongly attenuating and scattering austenitic stainless steel weld material. One scan with two phased array probes aligned parallel to the weld in 2 mm distance from the weld cap edge, and one scan with the probes aligned parallel to the weld in 12 mm distance from the weld cap edge are sufficient to show if the inspected welds fulfil the requirements of weld quality level B according to ISO 5817. The standard test duration for the two scans of the two 5.5 m long horizontal welds of the 11 T dipole magnets is about one day, provided that no defects are found that need to be characterized in more detail.