Thesis (doctoral)--Lund, 1984.

ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules située sur le collisionneur LHC du CERN. Dans ce document, est résumée mon activité entre 2004 et 2009 au sein de la collaboration ATLAS, qui s'est articulée autour de 2 axes forts : - étude de la mise en route du calorimètre à argon liquide; - estimation du potentiel de découverte de nouveaux bosons de jauge massifs. Les perspectives pour les années 2010-2015, très prometteuses avec les premières collisions attendues sont également détaillées.

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ATLAS est l'un des détecteurs qui équiperont le collisionneur proton-proton du LHC au CERN. L'un des enjeux majeurs de cette expérience est la recherche du boson de Higgs car ce dernier constituerait une des clés de notre compréhension de la physique des particules dans le cadre du modèle standard et dans celui du modèle supersymétrique. Dans le cadre de cette expérience, j'ai participé à la construction du pré-échantillonneur central, l'un des sous-détecteurs d'ATLAS. La construction des deux tiers des secteurs du pré-échantillonneur ainsi que leurs tests de validation ont été réalisés au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie de Grenoble. Deux secteurs ont été ensuite montés sur la face avant d'un module du calorimètre électromagnétique d'ATLAS et testés au CERN à l'aide de faisceaux d'électrons, de photons et de muons. J'ai participé à ces tests et j'ai analysé les données puis les ai comparées aux résultats obtenus à partir d'une simulation Monte-Carlo utilisant GEANT3. J'ai aussi assuré une étude sur la séparation gamma / pi0 qui s'avère être très importante pour évaluer la capacité du calorimètre électromagnétique à détecter le boson de Higgs dans le canal H0 -> gamma gamma.

Malgré l'accord remarquable entre le modèle standard et les nombreuses mesures de précision effectuées depuis quelques décennies, la physique des particules a encore bien des mystères à éclaircir. L'un deux concerne la violation de la parité et la masse des neutrinos. Pour résoudre cette énigme, le modèle symétrique et le mécanisme du See-Saw prédisent l'existence de nouveaux bosons de jauge (W$_R$ et Z') et de neutrinos droits de Majorana N$_l$. Si ces nouvelles particules ont des masses voisines de quelques TeV/c2, le LHC et son détecteur ATLAS devraient en permettre la découverte, grâce aux processus qui sont décrits dans cette thèse : $pp \to W_(R) \to eN_(e) \to eejj$ et $pp \to Z' \to N_(e)N_(e) \to eejjjj$. Ceux-ci conduisent non seulement à des jets hadroniques mais aussi à des électrons dans l'état final. L'énergie et la position de ces derniers sont reconstruites dans un calorimètre électromagnétique à argon liquide. Avant d'y interagir, les électrons produits au point de collision rencontrent une certaine quantité de matière inerte, où il perdent une partie de leur énergie. Afin de compenser cet effet et ainsi maintenir la résolution en énergie à un niveau acceptable, on installe un pré-échantillonneur sur la face interne du calorimètre électromagnétique. Cette thèse en présente les principales performances.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la construction du pré-échantillonneur central qui équipera le calorimètre électromagnétique du détecteur ATLAS au LHC. Le pré-échantillonneur consiste en une couche active de 11 mm d'argon liquide dont le rôle est de prendre en compte la perte d'énergie des particules dans la matière présente en amont du calorimètre.<br> Une série de tests a été élaborée afin de contrôler les différents composants du pré-échantillonneur. Deux secteurs (1/32 du détecteur), dans leur version finale, ont été construits par la collaboration ATLAS-pré-échantillonneur puis montés à l'ISN de Grenoble. Ils ont ensuite été testés à température ambiante et dans de l'azote liquide à l'aide d'un banc de test approprié. Les performances : tenue à haute tension, réponse électronique à un signal test, bruit des cellules de détection, diaphonie, etc... sont conformes aux exigences. Ces deux secteurs ont été ensuite montés au CERN devant un module du calorimètre électromagnétique et testés en faisceau en 1998 et en 1999. L'analyse des données prises lors de ces tests, comparée aux simulations Monte Carlo, a montré que le pré-échantillonneur accomplit parfaitement son rôle. La résolution en énergie du système pré-échantillonneur plus calorimètre en fonction de la quantité de matière placée en amont a été mesurée, ainsi que la linéarité et l'uniformité de la réponse de l'ensemble du système.

La Supersymetrie est la theorie qui semble etre l'extension la plus naturelle du Modele Standard. Dans cette these nous presentons la recherche du sTop, hypothethique partenaire scalaire du quark Top, que nous avons effectuee dans le cadre du Modele Standard Supersymetrique Minimal (MSSM) en utilisant les donnees de l'experience DO prises lors de la Phase I du Tevatron, qui correspondent a une luminosite integree de $108$ pb$^{-1}$. Nous avons selectionne les evenements avec un electron, un muon et de l'energie transverse manquante dans l'etat final, qui peuvent etre le produit de desintegration d'une paire de sTops en 3 corps ($\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$), ou en 4 corps ($\tilde{t} \rightarrow b \oa l {\nu_l}$). En l'absence d'evenements candidats a ce signal, les resultats sont interpretes en terme de limites de section efficace de production du sTop et de regions d'exclusion dans l'espace des parametres ($m_{\tilde{t}},\moa$) ou ($m_{\tilde{t}},\msnu$). L'utilisation inedite au Tevatron de cet etat final pour la recherche du sTop nous a permis d'etablir des contraintes plus fortes que celles obtenues precedemment au LEP ou au Tevatron dans le canal $\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$, et les premieres limites jamais etablies dans le canal de desintegration a quatre corps. Pour le canal a 3 corps, en supposant que le sneutrino soit la particule supersymetrique la plus legere (LSP), la region exclue a $95\%$ de degre de confiance s'etend jusqu'a une masse de sTop de $142$ ($130$) GeV si la masse du sneutrino ($\msnu$) est de $43$ ($86$) GeV. Si le canal a 4 corps domine, et en supposant que le neutralino soit la LSP, les limites dependent de la masse du sneutrino. Si celle-ci est suffisamment legere (${m_{\tilde{\nu}}} \ \lapprox \ 100$ GeV) cette limite atteint une masse de sTop de $132$ GeV pour un neutralino de $60$ GeV. Pour ces recherches, la calorimetrie joue un role central d'un point de vue experimental. L'augmentation de la luminosite attendue dans la Phase II du Tevatron qui a demarre le $1^{er}$ Mars $2001$, et l'amelioration du detecteur qui a ete realisee ces trois dernieres annees permettront d'etendre ces domaines d'exclusion ou de decouvrir le sTop. Nous decrivons donc egalement dans cette these notre contribution a l'amelioration de la calorimetrie, tant sur la calibration electronique du calorimetre a Argon liquide du detecteur DO, que sur les logiciels de reconstruction de l'energie calorimetrique.

Les réseaux métallo-organiques (MOF) sont une nouvelle classe de matériaux poreux hybrides. Néanmoins leurs propriétés uniques introduisent également des difficultés significatives dans la caractérisation par adsorption de gaz. Dans cette thèse, la création d'un code source libre est détaillé, pour standardiser le traitement des isothermes. En utilisant ce code, un traitement à haut débit de plus de 18 000 isothermes est utilisé pour explorer l'échelle d'incertitude présente dans les données publiées sur l'adsorption dans les matériaux poreux. De plus, la mesure directe de l'enthalpie différentielle de l'adsorption en utilisant la microcalorimétrie s'avère être un excellent moyen d'obtenir la contribution des interactions particulières sur l'énergie d'adsorption. Ensemble, ces méthodes peuvent être utilisées pour étudier les sources d'incertitude des MOF. On étudie d’abord l’impact des défauts structurels au moyen d’une méthode post-synthétique alternative de génération de linker/cluster manquants dans l'UiO-66(Zr). Le traitement des matériaux pour leurs utilisations dans un environnement industriel par façonnage est étudié ici sous l’effet de la granulation par voie humide sur trois MOF topiques (UiO-66(Zr), MIL-100(Fe) et MIL-127(Fe)). Enfin, les comportements contre-intuitifs intrinsèques aux cristaux poreux «souples» sont étudiés, où la structure elle-même est responsable de la fluctuation dans les isothermes d'adsorption. Ici, une étude fondamentale sur un matériau flexible DUT-49 (Cu), apporte des informations sur la source de flexibilité induite par adsorption et sa changeabilité par modification structurelle / Metal organic frameworks (MOF) are novel adsorption materials with unique and desirable properties. However, structural defects, processing and structural compliance can lead to irreproducibility in adorption measurements. In this thesis, the creation of an open-source codebase is detailed, which is intended to standardize the processing of isotherms. Using this framework, high throughput processing of over 18 000 isotherms is used to explore the scale of uncertainty present in published adsorption data. Then, direct measurement of the differential enthalpy of adsorption using microcalorimetry is shown to be an excellent avenue of obtaining further insight into the contribution of guest-host and host-host interactions to the overall energetics of adsorption. Together, these methods are used to study some of the sources of the variability of MOFs, and quantify their effect. First, the impact of structural defects is investigated, through an alternative post-synthetic method of missing linker/cluster generation in the prototypical UiO-66(Zr) MOF. The processing of materials for their use in an industrial environment through shaping is another potential source of performance modification, which is here studied as the effect of wet granulation on three topical MOFs (UiO-66(Zr), MIL-100(Fe) and MIL-127(Fe)). Finally, counterintuitive behaviours intrinsic to ``soft'' porous crystals are investigated, where the structure itself is responsible for fluctuation in adsorption isotherms. A fundamental study on a copper paddlewheel based material, DUT-49(Cu) yields know-how on the source of adsorption induced compliance and its tunability through structural modification

Le Modèle Standard est la théorie qui décrit le mieux les interactions fondamentales. Cependant le mécanisme de Higgs et son boson associé n'ont pas encore été découverts. Le calorimètre électromagnétique jouera un rôle prépondérant dans sa découverte, s'il existe.<br /><br />Dans une première partie, une cartographie finale des cellules à problèmes du tonneau du calorimètre électromagnétique a été réalisée. <br /><br />Ensuite, le code pour l'étalonnage du calorimètre a été migré dans l'environnement logiciel d'ATLAS (ATHENA), puis il a été testé et validé avec les données du test en faisceau de 2004. Dans ce code, des coefficients de filtrage optimal, qui permettent de reconstruire l'énergie déposée dans le calorimètre tout en minimisant les bruits électronique et d'empilement, sont déterminés pour chaque cellule. Pour cela, un modèle avait été développé pour prédire la forme du signal de physique à partir de celui d'étalonnage.<br /><br />Dans une troisième partie, l'étude et la comparaison de deux algorithmes pour la reconstruction et l'identification des t dans leur mode hadronique ont été réalisées.<br /><br />Enfin dans une quatrième partie, l'étude de l'un des canaux les plus importants pour la recherche d'un Higgs du Modèle Standard de basse masse (115 < mHiggs < 145 GeV/c2) a été effectué, à savoir la production du Higgs par fusion de bosons vecteurs faibles, suivi de sa désintégration en une paire de leptons taus. Cette étude a été menée pour une luminosité intégrée de 30 fb-1 avec des données de simulation rapide et complète du détecteur ATLAS. Une étude du fond dominant Z+n jets (n < 6) a aussi été réalisée.

Dans la perspective du développement de générateurs rechargeables au lithium, la problématique a été de prouver la valididté du concept Li/électrolyte polymère gélifié/LiMn2O4. La faisabilité d'électrolytes polymères à forte conductivité en ions lithium, obtenus par la technique de plastification externe, a été établie. Leur stabilité électrochimique est compatible avec une utilisation en tant que séparateur. Différents matériaux d'électrode positive, de structure spinelle (oxyde de lithium et de manganèse) ont été synthétisés puis caractérisés par des techniques diverses, en vue d'établir l'influence de la morphologie et de la composition sur le comportement électrochimiqie et d'éclaircir le mécanisme d'insertion des ions lithium.