A ce jour la détermination de l’angle γ du Triangle d’Unitarité de la matrice de Cabibbo-Kabayashi-Maskawa est statistiquement limitée par la rareté des transitions b→ u. La précision obtenue en combinant les résultats des expériences BABAR et BELLE est proche de 10°. L’expérience LHCb auprès du LHC présente un fort potentiel d’amélioration pour ce paramètre de violation de CP, notamment via la désintégration Bd0 -> D0K*0, un des canaux clés de cette mesure. Les désintégrations D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 et D0 -> Kπππ sont étudiées dans cette thèse. L’utilisation de désintégrations faisant intervenir des π0 nécessite un bon étalonnage en énergie des calorimètres électromagnétiques. Une méthode d’étalonnage intercellules du ECAL basée sur le flux d’énergie, permet d’obtenir une inter-calibration de l’ordre de 1,5 %, l’échelle d’énergie absolue étant obtenue par des méthodes indépendantes non étudiées ici. La détermination du rapport d’embranchement de la désintégration Bs0 -> D0K*0, première étape du programme aboutissant à la mesure de la violation de CP dans le canal Bd0 -> D0K*0, est réalisée relativement au rapport d’embranchement de Bd0 -> D0ρ0. Le résultat final obtenu avec 36 pb−1 de données collectées par LHCb en 2010 reste dominé par l’erreur statistique :BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs). / The present status on the determination of the angle γ of the Cabibbo-Kabayashi-Maskawa Unitary Triangle is statistically limited by the rarity of b→ u transitions. The obtained precision combining results from the BABAR and BELLE experiments is close to 10°. The LHCb experiment at the LHC has a strong potential to reduce the uncertainty on this CP violation parameter, especially through the Bd0 -> D0K*0 decay, one of the key channels for this measurement. The D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 and D0 -> Kπππ decays are studied in this thesis. Decays involving π0 require an accurate energy calibration of electromagnetic calorimeters. An inter-calibration technique based on the energy flow allows to obtain the 1.5 % level, the absolute scale being obtained from independent methods studied elsewhere. The determination of the Bs0 -> D0K*0 decay branching ratio, first step towards a measurement of CP violation in the Bd0 -> D0K*0 channel, is performed relatively to the Bd0 -> D0ρ0 decay. The final result, obtained with 36 pb−1 of data collected by LHCb in 2010 is dominated by the statistical uncertainty:BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs).

Le mélange des quarks est décrit dans le modèle standard de la physique des particules par le mécanisme de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). À ce jour, l'angle gamma du triangle d'unitarité est un des paramètres de ce mécanisme mesuré avec la moins bonne précision. La mesure de cet angle sert de référence pour le modèle standard, puisqu'elle peut être réalisée sans contribution significative de nouvelle physique. La précision actuelle de la meilleure mesure directe de gamma est d'environ 10°, alors que les ajustements globaux des paramètres CKM, potentiellement sujets à une contribution de nouvelle physique, déterminent cet angle à quelques degrés près. Par conséquent, une mesure directe précise de cette quantité est nécessaire pour contraindre d'avantage le triangle d'unitarité de la matrice CKM et ainsi tester la cohérence de ce modèle. Cette thèse présente une mesure de gamma par une analyse de Dalitz du canal B0->DK*0, avec une désintégration du méson D en K0Spipi. Elle est basée sur les 3 fb⁻¹ de données enregistrés par LHCb pendant le Run I du LHC, à une énergie de collision proton-proton dans le centre de masse de 7 et 8 TeV. Ce canal est sensible à gamma par l'interférence entre les transitions b->u et b->c. La mesure des observables de violation de CP réalisée est x- = -0.09 ^{+0.13}_{-0.13} ± 0.09 ± 0.01 , x+ = -0.10 ^{+0.27}_{-0.26} ± 0.06 ± 0.01 , y- = 0.23 ^{+0.15}_{-0.16} ± 0.04 ± 0.01 , y+ = -0.74 ^{+0.23}_{-0.26} ± 0.07 ± 0.01 , où le première incertitude est statistique, la deuxième est l'incertitude systématique expérimentale et la troisième est l'incertitude systématique venant du modèle de Dalitz. Une interprétation fréquentiste de ces observables donne rB0 = 0.39 ± 0.13 , deltaB0 = ( 186^{+24}_{-23} )° , gamma = ( 77^{+23}_{-24})° , où rB0 est le module du rapport des amplitudes des désintégrations supprimées et favorisées et deltaB0 la différence de phase forte entre ces deux désintégrations. Par ailleurs, un travail sur l'optimisation de la reconstruction des photons pour la mise à niveau du détecteur LHCb est aussi présenté. Lors du Run III du LHC, la luminosité instantanée reçue par LHCb sera augmentée d'un facteur cinq, générant un plus grand recouvrement entre les cascades se développant dans le calorimètre électromagnétique. L'étude montre que l'effet de ce recouvrement entre les gerbes est limité en réduisant la taille des clusters utilisés pour la détection des photons, tout en évitant une diminution significative de l'énergie reconstruite. Avec des corrections adaptées, la nouvelle reconstruction développée améliore la résolution en masse de 7 à 12%, suivant la région du calorimètre considérée. / Quark mixing is described in the standard model of particle physics with the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mecanism. The angle gamma of the unitarity triangle is one of the parameters of this mecanism that is still determined with a large uncertainty. It can be measured without significant contribution of new physics, making it a standard model key measurement. The current precision of the best direct measurement of gamma is approximately 10°, whereas the global fits of the CKM parameters determine this angle up to a few degrees. Therefore precise measurement of this quantity is needed to further constrain the Unitarity Triangle of the CKM matrix, and check the consistency of the theory. This thesis reports a measurement of gamma with a Dalitz analysis of the B0->DK*0 channel where the D meson decays into K0Spipi, based on the 3 fb⁻¹ of proton-proton collision data collected by LHCb during the LHC Run I, at the centre-of-mass energy of 7 and 8 TeV. This channel is sensitive to gamma through the interference between the b->u and b->c transitions. The CP violation observables are measured to be x- = -0.09 ^{+0.13}_{-0.13} ± 0.09 ± 0.01 , x+ = -0.10 ^{+0.27}_{-0.26} ± 0.06 ± 0.01 , y- = 0.23 ^{+0.15}_{-0.16} ± 0.04 ± 0.01 , y+ = -0.74 ^{+0.23}_{-0.26} ± 0.07 ± 0.01 , where the first uncertainty is statistical, the second is the experimental systematic uncertainty and the third is the systematic uncertainty due to the Dalitz model. A frequentist interpretation of these observables leads to rB0 = 0.39±0.13 , deltaB0 = ( 186^{+24}_{-23} )°, gamma = ( 77^{+23}_{-24} )° , where rB0 is the magnitude of the ratio between the suppressed and favoured decays and deltaB0 the strong phase difference between these two decays. In addition, the work performed on the optimisation of the photon reconstruction for the upgraded LHCb detector is reported. During LHC Run III, the LHCb instantaneous luminosity will be increased by a factor five, implying a larger shower overlap in the electromagnetic calorimeter. The study shows that reducing the cluster size used in the photon reconstruction limits the effect of the overlap between the showers, without inducing a significant energy leakage. With some dedicated corrections, the new cluster reconstruction improves the Bs->Phi gamma mass resolution by 7 to 12%, depending on the calorimeter region.

Le travail présenté dans ce document est dédié à l’étude des désintégrations faibles de deux baryons beaux, Λ0b (|udb>) et Ξ0b (|usb>), et utilise des échantillons de données enregistrés par l’expérience LHCb en 2011 et en 2012. La production abondante des baryons Λ0b et Ξ0b dans les collisions proton-proton ainsi que la grande probabilité pour un quark b d’hadroniser en un baryon beau au Large Hadron Collider (LHC), donne à l’expérience LHCb l’opportunité d’étudier les désintégrations multicorps sans charme de baryons beaux. Une part significative de cette étude est dédiée aux mesures des rapports d’embranchements des désintégrations sans charme à quatre corps des baryons Λ0b et Ξ0b . Dans le Modèle Standard, ces désintégrations procèdent simultanément via les transitions de quarks b→u (à l’arbre) et b→d,s (transitions à courant neutre de type pingouin). La différence de phase faible induite par cette interférence est a priori une opportunité de rechercher la violation CP dans ces désintégrations de baryons beaux. De plus, ces désintégrations sans charme à quatre corps contiennent des structures résonantes, simultanément dans la région non-baryonique de basse masse à deux corps (i.e. les masses invariantes de π+π- , K± π∓ , K+ K- ) ainsi que dans la region baryonique de basse masse (i.e. les masses invariantes de pK, pπ). Par conséquent, la différence de phases fortes induite par l’interférence de ces amplitudes peut augmenter l’effet d’une asymétrie CP . Des mesures d’asymétries CP (∆ACP ) dans les modes de désintégrations discutés plus haut sont présentées dans ce document. Certaines sont produites dans des régions de l’espace des phases afin de favoriser la présence de structures résonantes. Ainsi, sept désintégrations inclusives de Λ0b et Ξ0b sont simultanément étudiées: Λ0b→pπππ, Λ0b→pKππ, Λ0b→pKKπ , Λ0b → pKKK, Ξ0b→ pKππ, Ξ0b→pKπK et Ξ0b→ pKKK ainsi que des désintégrations spécifiques qui incluent plusieurs résonances intermédiaires comme, par exemple, Λ0b → pa1 , Λ0b→∆++ K- π- ou Λ0b → Λ∗ (1520)0 φ0 . Six modes de désintégrations sont observés, parmi lesquels quatre sont établis pour la première fois. Six mesures de rapports d’embranchements sont réalisées, et des limites à 90% et 95% degré de confiance sont placées sur le rapport d’embranchement du mode Ξ0b→ pKKK pour lequel seul un indice de son existence est obtenu. Pour les mesures de ∆ACP réalisées, aucun signe significatif de violation de CP n’est observé. / The work presented in this document is focused on the study of weak decays of two b-baryons, Λ0b (|udb>) and Ξ0b (|usb>) , by making use of data samples recorded by the LHCb experiment in 2011 and 2012. The abundant production of Λ0b and Ξ0b baryons in proton-proton collisions as well as the large probability of the hadronisation of the b quark into b-flavoured baryons at the Large Hadron Collider gives the LHCb experiment the opportunity to study multibody charmless decays of b-baryons. A significant part of the study is dedicated to the measurements of the branching fractions of Λ0b and Ξ0b in 4-body fully-charged charmless decays. They proceed in the Standard Model simultaneously through b → u transition or Flavour Changing Neutral Current (FCNC) penguin transition b → s,d. The weak-phase difference induced by this interference pattern is a priori a good opportunity to search for CP violation in these very same baryons decays. Furthermore, these charmless multibobdy decays of b baryons contain rich resonance structures, both in the low-mass two-body nonbaryonic resonances (i.e. the π+π- , K± π∓ , K+ K- invariant mass) and the low-mass baryonic resonances (i.e. the pK, pπ invariant mass). Consequently, CP asymmetries might receive significant enhancement from the strong-phase differences coming from the interference of these amplitudes. Measurements of ∆ACP in the decay modes of interest are presented in this document, including measurements in specific phase space regions (that are meant to favour resonance structures). Henceforth, seven inclusive decays of Λ0b and Ξ0b are simultaneously studied, namely Λ0b→pπππ, Λ0b→pKππ, Λ0b→pKKπ , Λ0b → pKKK, Ξ0b→ pKππ, Ξ0b→pKπK and Ξ0b→ pKKK as well as additional specific decays that include intermediate resonances, such as, for instance, Λ0b → pa1 , Λ0b→∆++ K- π- or Λ0b → Λ∗ (1520)0 φ0. Six decay modes are observed, among which four are established for the first time. Six branching fractions measurements are thus performed, and 90% and 95% confidence level intervals, based on the Feldman-Cousins confidence belt inference described are placed on the branching fraction for the Ξ0b → pKKK decay mode, for which only a hint of its existence is obtained. No significant CP -violation effect is observed in any of the ∆ACP measurement performed.

Ce mémoire présente l’application de la méthode de décomposition en termes de diagrammes aux désintégrations de mésons B vers trois mésons de type pseudos- calaire ne comportant pas de quarks charmés. La décomposition diagrammatique des désintégrations de types B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π et B → πππ est effectuée de façon systématique. Il est démontré que lorsque l’on néglige les dia- grammes d’échanges et d’annihilations, dont les contributions sont estimées être petites, de nouvelles relations apparaissent entre les amplitudes. Ces relations sont de nouveaux tests du modèle standard qui ne peuvent être obtenus que par la méthode diagrammatique. Lorsque les données nécessaires sont disponibles, nous vérifions ces relations et obtenons un bon accord avec les données expérimentales. Nous démontrons également qu’il est possible d’utiliser le secteur B → Kππ pour mesurer la phase faible γ avec une incertitude théorique que nous estimons être de l’ordre de 5%. Les autres secteurs de désintégrations ne permettent d’extraire des phases faibles que si l’on invoque des approximations de précisions inconnues. / This Master’s thesis presents the application of the method of decomposition in terms of diagrams to the charmless decays of B mesons to three pseudoscalar particles. We systematically apply the diagrammatic method to the decays B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π and B → πππ. It is shown that when we neglect exchange and annihilation diagrams, whose contributions have been estimated to be small, new relations appear between the decay amplitudes. These relations constitute new tests of the standard model that can only be obtained through the diagrammatic method. When the necessary data is available, we verify these relations and obtain a good agreement with the experimental results. We also show that it is possible use observables in the B → Kππ sector to measure the weak phase γ with a theoretical uncertainty of the order of 5%. Other decay sectors can only allow the extraction of weak phases through the use of approximations of unknown precision.

L'expérience LHCb a été conçue pour étudier la physique des saveurs, dont entre autre la violation de CP, sur le collisioneur proton-proton LHC.La première phase de fonctionnement du LHC a durée de 2011 à 2012, ce qui a permis à LHCb de collecter $3.19~mathrm{fb}^{-1}$ de données à une énergie dans le centre de masse des collisions de $sqrt{s} = 7~TeV$ et $sqrt{s} = 8~TeV$.L'analyse présentée dans cette thèse est basée sur l'ensemble des données collectées par LHCb lors de la première phase de fonctionnement (2011-2012).Le mécanisme de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) est le mécanisme décrivant la violation de CP dans le cadre du Modèle Standard.Les expériences de la décennie précédente, dédiées à la physique des saveurs, BaBar et Belle, ont permis de démontrer le fonctionnement du mécanisme CKM et de démontrer qu'il est majoritairement Standard.`A présent LHCb a pour objectif de mesurer avec précision les paramètres de ce mécanisme, ce qui constitue des points de références du Modèle Standard, pour en parallèle rechercher de manière indirecte de la Nouvelle Physique en recherchant des déviations à ces points de références du Modèle Standard.Les travaux réalisés lors de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du premier axe de recherche: réaliser des mesures de précision des paramètres du mécanisme CKM pour contraindre le Modèle Standard.Dans cette thèse nous réalisons la mesure la plus précise à l'heure actuelle du rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0tobar{D}^0K^+K^-}$, la première observation des modes ${B^0_stobar{D}^0K^+K^-}$ et ${B^0_stobar{D}^{*0}phi}$ avec mesure de la polarisation de ce dernier, la confirmation de la mesure du rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0_stobar{D}^0phi}$, ainsi que des limites supérieures sur le rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0tobar{D}^0phi}$ et sur l'angle de mélange des mésons ${omega - phi}$.L'observation de ces modes ${B^0_{(s)}tobar{D}^0K^+K^-}$ et sous modes ${B^0_{(s)}tobar{D}^{(*)0}phi }$ permet de préparer les futures analyses de Dalitz de ces modes qui contribueront, en les combinant avec les autres méthodes, à améliorer la précision sur la mesure de la phase complexe $gamma$ du mécanisme CKM. / The LHCb experiment has been designed to study flavor physics, notably CP violation, on the LHC proton-proton collider.The first LHC run goes from 2011 to 2012, during what LHCb saved $3.19~mathrm{fb}^{-1}$ of data with a collision centre-of-mass energy at ${sqrt{s} = 7~TeV}$ and ${sqrt{s} = 8~TeV}$.The analysis presented in this thesis is based on a data sample corresponding to the full first run of the LHC (2011-2012).The Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mechanism describes CP violation in the Standard Model.In the previous decade, two dedicated experiments to flavor physics, BaBar and Belle, proved that the CKM mechanism is at work and dominated by Standard effects.Now LHCb aim is to improve precision on measurements of CKM parameters, in order to serves as the Standard Model reference points, to make in parallel indirect search of New Physics looking for deviations from the Standard Model reference points.Accurate measurements of CKM parameters through different processes provide sensitivity to new physics effects, by testing the global consistency of the Standard Model.This thesis is included inside the first LHCb aim: to improve CKM parameters measurements to constrain the Standard Model.This thesis reports the most precise measurement to date of the branching fraction of ${B^0tobar{D}^0K^+K^-}$ decay, the first observation of the decays ${B^0_stobar{D}^0K^+K^-}$ and ${B^0_stobar{D}^{*0}phi}$ with a polarization measurement for the second one, confirmation of the branching fraction measurement of ${B^0_stobar{D}^0phi}$, and upper limits on branching fraction of ${B^0tobar{D}^0phi}$ decay and on ${omega - phi}$ mixing angle.The observation of ${B^0_{(s)}tobar{D}^0K^+K^-}$ and ${B^0_{(s)}tobar{D}^{(*)0}phi }$ decays prepare the Dalitz analysis for these channels which will be used, combined with other methodes, to improve measurement on the $gamma$ complex-phase of the CKM mechanism.

Title: Measurement of Time-Dependent CP Violation in B0 → ηcK0 S at Belle Experi- ment, Optimization Studies of the Belle II Vertex Detector Author: Zbyněk Drásal Department: Institute of Particle and Nuclear Physics Supervisor: Dr. Zdeněk Doležal, IPNP Supervisor's e-mail address: Zdenek.Dolezal@mff.cuni.cz Abstract: This doctoral thesis deals with two independent topics. In the first part we present a measurement of branching ratio(s) and time-dependent CP violation parame- ters in B0 (B± ) → ηcK0 S(K± ), ηc → p¯p. The values of CP violation parameters have been found as follows: sin 2φ1, denoted as an SCP parameter, equals: SCP = 0.68+0.38 −0.46±0.13syst, the direct CP violation parameter, denoted as an ACP , is: ACP = 0.00+0.23 −0.31 ± 0.08syst. These results have been obtained with the final data sample of 772×106 B ¯B pairs collected at Υ(4S) resonance with a Belle detector at the KEKB e+ e− asymmetric collider machine in Japan. In the second part, we present our approach to the Monte Carlo (MC) simula- tion of Belle II vertex detector and its response to high energy particles. Belle II represents an upgrade of current Belle experiment and its designed vertex detector will consist of 2 layers of Depfet pixel detectors (PXD) and 4 layers of double-sided silicon micro-strip detectors (SVD). The MC...

L'interférence entre la désintégration du méson $\Bs$ vers un état final propre de CP, directement ou via le mélange $\Bs-\Bsb$, donne lieu à une phase violant CP mesurable $\phi_s$, dont la valeur dans le Modèle Standard est $\phi_s^{MS} = (-0.0370\pm 0.0006)~\mathrm{rad}$. Cependant, des contributions de Nouvelle Physique peuvent intervenir dans ce processus et modifier la valeur de $\phi_s$. À l'heure actuelle, la mesure la plus précise de $\phi_s$ est donnée par l'expérience LHCb et la valeur moyenne mondiale est $\phi_s^{\rm{exp}} = (-0.021 \pm 0.032)~\mathrm{rad}$, dominée par l'incertitude statistique.Dans ce contexte, l'étude de la désintégration $\Bs \to \etac \phi$ est effectuée en utilisant les données de collisions $pp$ correspondant à une luminosité intégrée de~3.0\invfb, collectées avec le détecteur LHCb avec le Run~1 du LHC. La première observation de la désintégration $\Bs \to \etac \phi$ est obtenue, avec le méson \etac reconstruit dans les quatres modes de désintégration $p\bar p$, $ K^+ K^- \pi^+ \pi^-$ , $\pi^+\pi^-\pi^+\pi^-$ et $K^+K^-K^+K^-$ et $\phi(1020)$ reconstruit dans le mode $K^+K^-$. La désintégration $ \Bs \to \jpsi \phi $ est utilisée comme canal de normalisation.Le rapport de branchement mesuré est $\mathcal B (B^{0}_{s} \to \eta_{c} \phi) = \left(5.01 \pm 0.53 \pm 0.27 \pm 0.63 \right) \times 10^{-4}$, où la première incertitude est statistique, la seconde est systématique et la troisième incertitude est due à la connaissance limitée des rapports d'embranchement externes. / The interference between $\Bs$ meson decay amplitudes to CP final state directly or via mixing gives rise to a measurable CP-violating phase $\phi_s$, which is predicted to be $\phi_s^{SM} = (-0.0370\pm0.0006)~\mathrm{rad}$ in the Standard Model. However, such process may receive contributions from New Physics and change the value of $\phi_s$. At present, the most precise measurement of $\phi_s$ is given by the LHCb experiment and the world average is $\phi_s^{\rm{exp}} = (-0.021\pm 0.032)~\mathrm{rad}$, with uncertainty still dominated by the statistics.In this context, a study of $\Bs \to \etac \phi$ decays is performed using $pp$ collision data corresponding to an integrated luminosity of~3.0\invfb, collected with the LHCb detector during the Run~1 of the LHC. The observation of the decay $\Bs \to \etac \phi$ is reported, where the \etac meson is reconstructed in the $p\bar p$, $K^+K^-\pi^+\pi^-$, $\pi^+\pi^-\pi^+\pi^-$ and $K^+K^-K^+K^-$ decay modes and the $\phi(1020)$ in the $K^+ K^-$ decay mode. The decay $\Bs \to \jpsi \phi$ is used as a normalisation channel.The measured branching fraction is $\mathcal B (B^{0}_{s} \to \eta_{c} \phi) = \left(5.01 \pm 0.53 \pm 0.27 \pm 0.63 \right) \times 10^{-4}$, where the first uncertainty is statistical, the second systematic and the third uncertainty is due to the limited knowledge of the external branching fractions.

In this thesis, we study several scenarios which go beyond the Standard Model of particle physics with the aim of gaining a better understanding for the multiplication of fermion families, their masses and mixings pattern and its relation to CP violation. The common feature of the models we envisaged (and the guiding principle of the thesis) is the introduction of extra space dimensions. In a first attempt to explain the fermion mass structure, we elaborate on a model with two extra-dimensions and a Nielsen- Olesen vortex background established on it. In this framework, three families in 4D can be seen as different modes of a single generation in 6D, while their extra-dimensional wavefunctions turn out highly constrained by the dynamics, which allows to determined the mass matrices with few parameters. Moreover, with a few additional hypotheses only, it is possible to simultaneously account for the striking differences between neutrinos and charged fermions. After a summary of the model, we illustrate this with the explicit formulation of a benchmark model which reproduces convincingly all the mass and mixing parameters of the Standard Model, taking advantage of new, more precise numerical solutions of the field equations, and including the recent measurements of the Standard Model scalar boson mass and of the neutrino heta_13 mixing angle (the latter has however been correctly predicted by the model before its first measurement). We then turn to the predictions which mainly concern the neutrino and gauge sectors. In the former, we remind the Majorana nature, and the natural tendency for inverted hierarchy pattern with an almost maximally suppressed neutrinoless double beta decay. On the other hand, we predict new (neutral) gauge bosons whose couplings to fermions are not flavour-diagonal but are however constrained (in their strength and their flavour structure) by the 6D anatomy of the theory. We compare their detectability in precision low energy processes and at colliders (especially at the LHC), and show that in the simplest geometries at least, the bounds from the former exclude interesting phenomenology for the latter. Nevertheless, we turn to more phenomenological effective Lagrangians with the same overall structure and in which we are able to lower the mass scale of the new bosons to a reachable energy, and thus analyse the possible signatures for LHC.In the last part of this work, we turn to the issue of CP violation and show how in certain 6D models with non simply connected topologies, it is possible to generate a non negligible CP violation at the 4D level in a pure gauge approach. We carefully study how the 4D CP symmetry is related to particular transformations of the original 6D theory and subsequently show how an incompatibility of such transformations with the compactification scheme can lead to an effective CP breaking. As a proof of concept, we build a toy model with two extra-dimensions compactified on a flat torus and end in 4D with a light neutral fermion with a non zero electric dipole moment.Dans cette thèse, nous étudions plusieurs scénarios au-delà du Modèle Standard de la physique des particules à la recherche d'une meilleure compréhension de la multiplication des familles de fermions, de leurs masses et de leurs mélanges, ainsi que la relation à laviolation de CP.La caractéristique commune à tous les modèles envisagés (et le concept sous-jacent à toute la thèse) est l'introduction de nouvelles dimensions spatiales. Dans une première tentative pour expliquer le spectre des fermions, nous développons un modèle où une structure de vortex à la Nielsen-Olesen est établie sur deux dimensions supplémentaires. Dans ce cadre, les trois familles à 4D peuvent être vues comme différents modes d'une unique génération à 6D, tandis que leur fonctions d'onde extra-dimensionnelles s'avèrent fortement contraintes par la dynamique ;ceci permet d'établir les matrices de masses en terme d'un petit nombre de paramètres. De plus, grâce à quelques hypothèses additionnelles seulement, il est possible de justifier simultanément les différences marquées entre neutrinos et fermions chargés. Nous synthétisons le modèle et l'illustrons en en formulant une réalisation particulière qui parvient à reproduire de manière convaincante tous les paramètres de masse et de mélange du Modèle Standard. Pour l'occasion, nous exploitons de nouvelles solutions aux équations des champs, numériquement plus précises, et prenons en compte les mesures récentes de la masse du boson scalaire et de l'angle de mélange heta_13 pour les neutrinos (le modèle avait cependant prédit ce dernier avant qu'il ne soit mesuré pour la première fois). Nous nous tournons ensuite vers les prédictions du modèle et qui concernent principalement le secteur des neutrinos et celui des bosons de jauge. Pour le premier, nous rappelons la nature "Majorana" des neutrinos, ainsi que la tendance naturelle à une hiérarchie inverse avec une suppression quasi maximale de la double désintégration bêta sans neutrino. D'autre part, nous prédisons de nouveaux bosons de jauge (neutres) dont les couplages aux fermions ne sont pas diagonaux dans l'espace des saveurs mais sont contraints (autant en terme de valeurs qu'en termes de structure) par l'anatomie de la théorie à 6D. Nous comparons leurs détections potentielles dans les processus de précision à basse énergie et auprès des collisionneurs (en particulier au LHC). Nous montrons que, dans les géométries les plus simples du moins, les limites imposées par les premiers excluent toute phénoménologie intéressante du côté des seconds. Toutefois, en nous tournantvers des Lagrangiens effectifs qui conservent la même structure d'ensemble mais ouvrent à une étude plus phénoménologique, nous sommes capables de réduire l'échelle de masse de ces nouveaux bosons jusqu'à une énergie accessible, et donc d'en analyser de potentielles signatures au LHC.Dans la dernière partie de ce travail, nous nous intéressons à la question de la violation de CP et montrons comment dans certains modèles à 6D avec une topologie non-simplement connexe, il est possible de générer une violation de CP non négligeable à 4D dans une approche de "pure jauge". Nous étudions attentivement comment la symétrie CP à 4D est reliée à des transformations particulières de la théorie originale à 6D, suite à quoi nous montrons comment l'incompatibilité de ces transformations avec la façon dont sont "compactifiées" les dimensions supplémentaires peut conduire à une brisure effective de CP. Pour illustrer la faisabilité de notre approche, nous élaborons un "modèle jouet" où deux dimensions supplémentaires sont compactifiées sur un tore plat, et obtenons à 4D un fermion neutre léger et qui possède un moment électrique dipolaire non nul. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Le sujet de cette thèse porte sur l’étude de la désintégration faible du baryon beau Λb → Λ J/Ψ avec le détecteur LHCb. Cette étude offre la possibilité de tester, d’une part, la validité de la symétrie CP dans le secteur baryonique et, d’autre part, celle de la symétrie de renversement du temps T dont les preuves expérimentales de sa violation sont limitées. L’accent est mis sur la mesure des composantes des vecteurs-polarisations du Λb et des résonances intermédiaires Λ et J/Ψ, dont certaines du type ”T-odd” (impaires par T) représentent un signe clair de violation directe de T. Le développement d’un modèle phénoménologique des désintégrations Λb → Λ J/Ψ dans le cadre du formalisme d’hélicité de Jacob-Wick et de Jackson conduit aux calculs de distributions angulaires qui permettent de déduire les valeurs des composantes des vecteurs-polarisations. Une étude approfondie de la reconstruction et de la sélection des données enregistrées par LHCb en 2011 et 2012 est exposée, ainsi qu’une simulation Monte-Carlo complète. La compatibilité entre les valeurs mesurées des vecteurs-polarisation du Λb et du Λ ̄b implique l’absence de violation de CP. La violation directe de la symétrie T n’a pas non plus été observée dans les désintégrations hadroniques du Λb (Λ ̄b). Sur un autre plan, les premières mesures des polarisations longitudinales du Λb et du Λ ̄b ainsi que de la polarisation longitudinale du méson-vecteur J/Ψ ont été réalisées dans le cadre de ce travail. / This thesis subject focuses on the study of the weak decay of the beauty baryon Λb →Λ J/Ψ with the LHCb detector. Firstly, it offers the opportunity to test the validity of the CP symmetry in the baryon sector and, secondly, the one of time-reversal symmetry T whose experimental evidence is tiny. Emphasis is put on the measurement of the components of the polarization-vectors of the Λb and the ones of the intermediate resonances Λ and J/Ψ, whose some components exhibit a clear sign of direct T violation. The development of a phenomenological model of the Λb → Λ J/Ψ decay in the framework of the helicity formalism of Jacob-Wick and Jackson leads to the calculations of the angular distributions which allow to deduce the values of the polarization vector components. A thorough study of the reconstruction and the selection of the data recorded by LHCb in 2011 and 2012 is exposed, as well as a full Monte Carlo simulation. The compatibility between the measured values of the polarization-vector of Λb and Λ ̄b implies the absence of CP violation. The direct violation of the T symmetry has not been observed in the hadronic decays of Λb ( Λ ̄b). On another side, first measurements of the longitudinal polarization of Λb and of Λ ̄b well as the longitudinal polarization of the vector-meson J/Ψ have been performed in the context of this work.