Une étude non-perturbative des corélateurs en QCD est présentée. La méthode principale employée<br />est la simulation numérique sur réseau. Cet outil a été largement utilisé en phénoménologie,<br />mais il peut aussi servir pour étudier les paramètres fondamentaux de la théorie (tels que la<br />constante de couplage) et ses propriétés fondamentales. Ceci est le but principal de la présente<br />thèse. Nous avons étudié les fonctions de corrélation de la théorie Yang-Mills pure en jauge<br />de Landau, notamment les propagateurs du gluon et du fantôme. Nous nous sommes particulièrement<br />intéressés au paramètre LQCD qui est extrait à l'aide des prédictions de la théorie des<br />perturbations (jusqu'à l'ordre NNNLO). Les corrections dominantes en puissance sont aussi considérées,<br />nous montrons qu'elles sont importantes même à des énergies assez grandes (de l'ordre<br />de 10 GeV). Une méthode de soustraction de ces termes correctifs est proposée, ce qui permet<br />une meilleur estimation de LQCD. Notre résultat final est Lambda_nf_MSbar = 269(5)+12−9 MeV. Une autre<br />question que nous considéons est celle du comportement infrarouge des fonctions de Green (aux<br />énergies de l'ordre de ou inférieur à LQCD). A ces énergies le comportement des fonctions de<br />Green change de manière radicale, et cela est probablement lié au confinement. Nous cherchons<br />à clarifier la nature de ces changements afin de comprendre ses origines. Beaucoup de questions<br />se posent: l'ambigu¨té de Gribov, la portée de diverses relations non-perturbatives entre les<br />fonctions de Green, la cohéence de l'approche nuérique aux petites énergies. Les simulations<br />sur réseau permettent de vérifier les prédicitons analytiques, elles donnent accès aux corrélateurs<br />non-perturbatifs. Notre analyse suggère que le propagateur du gluon est fini et non nul dans<br />l'infrarouge, et que le comportement en puissance du propagateur du fanôme est le même que<br />dans le cas libre.

Lorsque l'impulsion longitudinale des partons contenus dans un hadron ultra-relativiste diminue, on observe un accroissement de leur densité. Quand la densité approche une valeur d'ordre $1/\alpha_s$, elle n'augmente plus, elle sature. Ces effets de haute densité semblent être correctement décrits par la théorie effective du "Color Glass Condensate". Du point de vue expérimental, le LHC est le meilleur outil jamais disponible pour atteindre la phase saturée de la matière hadronique. Pour cette raison, la physique de la saturation est une branche très active de la QCD dans les années passées et à venir car la théorie et les expériences peuvent être comparées. En premier lieu, je discute de la phénoménologie des collisions proton-plomb qui ont eu lieu à l'hiver 2013 et dont les données sont sur le point d'être disponibles. Je calcule la section efficace pour la production de deux gluons qui est l'observable la plus simple pour trouver des preuves quantitatives de la saturation dans le régime cinématique du LHC. Je traite également la limite des états finaux fortement corrélés à grandes impulsions transverses et, par la même occasion, généralise la distribution de partons au régime dense. Le second sujet principal est l'évolution quantique des spectres de gluons et de quarks dans les collisions noyau-noyau, ayant à l'esprit son caractère universel. Ce résultat est déjà connu pour les gluons et je détaille ici le calcul avec attention. Pour les quarks, l'universalité n'a toujours pas été prouvée mais je dérive une formule de récursion intermédiaire entre l'ordre dominant et l'ordre sous-dominant qui constitue une étape cruciale dans l'extraction de l'évolution quantique. Enfin, je présente brievement un travail indépendant de théorie des groupes. Je détaille une méthode personnelle permettant de calculer des traces impliquant un nombre arbritraire de générateurs, une situation souvent rencontrée dans les calculs de QCD.

Cette thèse décrit la recherche de nouvelles particules scalaires octets de couleur dans les données de l'expérience ATLAS auprès du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Pour une large gamme de masse, la désintégration de ces scalaires en deux partons du MS domine. Cela motive la recherche de ces nouveaux scalaires dans des états finaux multijet, où ils se signaleraient comme des résonances dijet. Comme les nouveaux scalaires sont produits par paires, un état final contenant au moins quatre jets est utilisé comme environnement de recherche. Une méthode est développée pour extraire une possible résonance multijet scalaire du grand fond QCD et est utilisée pour chercher de tels scalaires dans les données de l'expérience ATLAS collectées en 2010 et 2011. Les données sont en accord avec l'estimation du fond et des limites sont posées sur la section efficace de production des scalaires en fonction de leur masse. En interprétant ces limites dans des modèles de supersymétrie, le gluon scalaire du MRSSM et du modèle hybride N=1/N=2 est exclu à 95 % CL entre 100 et 287 GeV. Les limites sont aussi interprétées dans un modèle de symétrie de jauge à la QCD, où le sgluon est remplacé par l'hyperpion qui est exclu dans une gamme de masse légèrement plus restreinte de part sa section efficace plus faible.

Le jet est l'une des sondes permettant de tester les prédictions de la théorie de l'interaction forte, la QCD, et d'extraire les propriétés physiques d'un état particulier de la matière nucléaire : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Ce travail de thèse a pour but de montrer les capacités d'ALICE à mesurer les jets issus des collisions produites au Large Hadron Collider (LHC).La détection des particules constituant les jets, leur association à l'aide d'algorithmes de reconstruction ainsi que la construction d'observables telles que le spectre en pT des jets ou le Plateau Bossu est un travail complexe. Nous détaillons ces différentes étapes à partir de simulations permettant d'appréhender le taux de jets réels à attendre pour notre analyse etd'évaluer l'impact de la mesure expérimentale sur les observables finales. Nous présentons finalement les spectres en pT et Plateaux Bossus issus des premières collisions p+p du LHC auxquels ont été appliquées des corrections moyennes.

Le jet est l'une des sondes permettant de tester les prédictions de la théorie de l'interaction forte, la QCD, et d'extraire les propriétés physiques d'un état particulier de la matière nucléaire : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Ce travail de thèse a pour but de montrer les capacités d'ALICE à mesurer les jets issus des collisions produites au Large Hadron Collider (LHC).La détection des particules constituant les jets, leur association à l'aide d'algorithmes de reconstruction ainsi que la construction d'observables telles que le spectre en pT des jets ou le Plateau Bossu est un travail complexe. Nous détaillons ces différentes étapes à partir de simulations permettant d'appréhender le taux de jets réels à attendre pour notre analyse etd'évaluer l'impact de la mesure expérimentale sur les observables finales. Nous présentons finalement les spectres en pT et Plateaux Bossus issus des premières collisions p+p du LHC auxquels ont été appliquées des corrections moyennes. / The jet is one of the probes allowing testing strong interaction theory predictions, QCD, and to extract physical properties from a particular state of nuclear matter : Quark Gluon Plasma (QGP). This PhD work is aimed to show ALICE capacities to measure jets coming from collisions produced at the Large Hadron Collider (LHC). The detection of particles constituting jets, their association with reconstruction algorithms and the construction of observables such as jet pT spectrum of Hump-Backed Plateau is a hard work. We detail these different steps from simulation allowing to estimate jet rates we could expect for ouranalysis and to evaluate the impact of experimental measure on final observables. We finally present pT spectrum and Hump-Backed Plateau from first p+p collisions at LHC to whom mean corrections have been applied.

L'avènement du LHC marque le début d'une ère de haute précision en physique des particules. Dans cette thèse de doctorat, nous abordons avec des outils innovants deux processus clés des collisionneurs de hadrons: la production inclusive de jets, et la production du boson de Higgs par fusion de bosons vecteurs (VBF). Dans la première partie de cette thèse, nous montrons comment resommer les premiers ordres logarithmiques de rayon de jet R, et appliquons ce formalisme à une étude approfondie du spectre inclusif des jets. Nous étudions les termes dépendant de R au troisième ordre non-nul (next-to-next-to-leading-order, NNLO), et les intégrons dans notre calcul. Nous examinons les éliminations dans la dépendance d'échelle, conduisant à une nouvelle prescription pour l'évaluation des incertitudes, et vérifions l'impact d'effets non-perturbatifs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions les corrections de chromodynamique quantique dans la production de Higgs par VBF. En utilisant l'approche des fonctions de structure, nous calculons les corrections de quatrième ordre non-nul (NNNLO) à la section efficace inclusive. Nous calculons ensuite les corrections NNLO entièrement différentielles à la production de Higgs par VBF. Nous montrons que ces contributions sont significatives après coupures VBF, se trouvant en dehors des bandes d'incertitude d'échelle NLO. / With the advent of the LHC, particle physics has entered an era where high precision is required. In this thesis, we tackle two of the key processes at hadron colliders using innovative tools: inclusive jet production and Higgs production through vector-boson fusion (VBF). In the first part of this thesis, we show how to resum leading logarithmic terms of the jet radius R, and apply this formalism to a detailed study of the inclusive jet spectrum. We study subleading R-dependent terms at next-to-next-to-leading order (NNLO), and incorporate them into our calculation. We investigate cancellations in the scale dependence, leading to new prescriptions for evaluating uncertainties, and examine the impact of non-perturbative effects. In the second part of the thesis, we study QCD corrections in VBF-induced Higgs production. Using the structure function approach, we compute the next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) corrections to the inclusive cross section. We then calculate the fully differential NNLO corrections to VBF Higgs production. We show that these contributions are substantial after VBF cuts, lying outside the NLO scale uncertainty bands.

Le but de cette thèse est l'étude des fonctions de corrélation des théries Yang-Mills dans le régime infrarouge. Il est connu que, à cause de l'invariance jauge, il est nécessaire de fixer la jauge pour calculer des valeurs moyennes analytiquement. La procedure de fixation gauge standard est la procedure de Faddeev-Popov (FP). Le Lagrangien de FP permet de faire des calculs perturbatifs pour la Chromodynamique Quantique dans le régime de hautes énergies dont les résultats sont comparés avec succès avec des expériences. Cependant, dans le régime de basses énergies, il se trouve que la constante de couplage, calculée avec la procedure antérieure, diverge. En conséquence, la théorie des perturbations standard n'est plus valide. D'autre part, les simulations du réseau trouvent que la constante de couplage est finie avec une valeur modérée même dans le régime infrarouge. Ceci suggère qu'il devrait exister une manière de faire des calculs perturbatifs également dans le régime infrarouge. Cette différence dans la constante de couplage peut être due au fait que la procedure de FP n'est pas bien justifiée dans ce régime. Nous proposons de modifier le Lagrangien de FP avec un terme massif pour les gluons. Cette modification est également justifiée par le fait que le réseau trouve un propagateur du gluon qui paraît massive aux basses énergies. Nous utilisons cette version massive pour calculer à une boucle les fonctions de corrélations à deux et trois points pour une configuration cinématique générale et en dimension quelconque dans la jauge de Landau. On trouve que les comparaisons de notre calcul à une boucle avec les résultat du réseau donnent, en géneral, un très bon accord. / The aim of this thesis is to investigate the infrared behaviour of Yang-Mills correlation functions. It is known that the gauge invariance of the theory brings as a consequence the necessity of a gauge fixing procedure in order to compute expectation values analytically. The standard procedure for fixing the gauge is the Faddeev-Popov (FP) procedure which allows one to do perturbation theory in the ultraviolet regime. Perturbative calculations using the FP gauge fixed action successfully reproduce Quantum Chromodynamics observables measured by experiments in the ultraviolet regime. In the infrared regime the coupling constant of the theory computed with the above procedure diverges, and standard perturbation theory does not seem to be valid. However, lattice simulations show that the coupling constant takes finite and not very large value. This suggests that some kind of perturbative calculations should be valid even in the infrared regime. The theoretical justification for the FP procedure depends on the absence of Gribov copies and hence is not valid in the infrared regime (where such copies exist). To correct this we propose to add a mass term for the gluons in the gauge-fixed Lagrangian. The gluon mass term is also motivated by lattice simulations which observe that the gluon propagator behaves as it was massive in the infrared regime. We use this massive extension of the FP gauge fixed action to compute the one loop correction of the two- and three-point correlation functions in the Landau gauge for arbitrary kinematics and dimension. Our one-loop calculations are enough, in general, to reproduce with good accuracy the lattice data available in the literature.

Nous rapportons les résultats d'une étude des désintégrations semileptoniques non-charmées B^+--> êta^(') l^+v et B^0--> pi^- l^+v, mesurés par le détecteur BABAR avec une production d'environ 464 millions de paires de mésons BBbar issues des collisions e^+e^- à la résonance Upsilon(4S). L'analyse reconstruit les événements avec une technique relâchée des neutrinos. Nous obtenons les rapports d'embranchement partiels pour les désintégrations B^+--> êta l^+v et B^0--> pi^- l^+v en trois et douze intervalles de q^2, respectivement, à partir desquels nous extrayons les facteurs de forme f_+(q^2) et les rapports d'embranchement totaux B(B^+--> êta l^+v) = (3.39 +/- 0.46_stat +/- 0.47_syst) x 10^-5 et B(B^0--> pi^- l^+v) = (1.42 +/- 0.05_stat +/- 0.08_syst) x 10^-4. Nous mesurons aussi B(B^+--> êta' l^+v) = (2.43 +/- 0.80_stat +/- 0.34_syst) x 10^-5. Nous obtenons les valeurs de la norme de l'élément |V_ub| de la matrice CKM en utilisant trois calculs différents de la CDQ. / We report the results of a study of the exclusive charmless semileptonic decays, B^+--> êta^(') l^+v and B^0--> pi^- l^+v, undertaken with approximately 464 million BBbar pairs collected at the Upsilon(4S) resonance with the BABAR detector. The analysis uses events in which the signal B decays are reconstructed with a loose neutrino reconstruction technique. We obtain partial branching fractions for B^+--> êta l^+v and B^0--> pi^- l^+v decays in three and twelve bins of q^2, respectively, from which we extract the f_+(q^2) form-factor shapes and the total branching fractions B(B^+--> êta l^+v) = (3.39 +/- 0.46_stat +/- 0.47_syst) x 10^-5 and B(B^0--> pi^- l^+v) = (1.42 +/- 0.05_stat +/- 0.08_syst) x 10^-4. We also measure B(B^+--> êta' l^+v+) = (2.43 +/-0.80_stat +/- 0.34_syst) x 10^-5. We obtain values for the magnitude of the CKM matrix element |V_ub| using three different QCD calculations.

Cette thèse étudie les premiers instants d'une collision d'ions lourds. Juste après cette collision, il a été démontré que la matière produite -- appelée Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) -- est très loin de l'équilibre thermique. On voudrait donc savoir si le PQG thermalise, et quelle est l'échelle de temps caractéristique pour cela. Le manuscrit expose l'étude de ces questions dans deux sortes de théories.Dans un premier temps, on étudie une théorie scalaire. En initialisant cette dernière dans un état hors équilibre, on peut étudier l'approche de l'équilibre pour un système de volume fixe ou un système en expansion unidimensionnelle. Dans les deux cas, des preuves d'une possible thermalisation peuvent être observées : une équation d'état se forme, le tenseur des pressions devient isotrope et le nombre d'occupation tend vers une distribution d'équilibre thermique classique. Ces résultats sont obtenus à l'aide de l'approximation classique statistique (ACS), qui permet d'inclure des contributions au-delà de l'ordre dominant de la théorie des perturbations.Dans un second temps, le "Color Glass Condensate", une théorie effective basée sur la Chromodynamique quantique adaptée à l'étude des premiers instants suivant la formation du PQG, est utilisé pour étudier de manière plus réaliste l'approche de l'équilibre thermique dans les collisions d'ions lourds. Après avoir établi quelques prérequis pour l'utilisation de l'ACS, les simulations numériques effectuées avec les équations de Yang-Mills semblent indiquer que le PQG devient rapidement isotrope, tandis que son rapport viscosité sur entropie est très petit, ce qui est la caractéristique d'un fluide quasi idéal. / This thesis deals with the theory of the early stages of a heavy ion collision. Just after such a collision, the matter produced – called the Quark-Gluon-Plasma (QGP) – has been shown to be far out of thermal equilibrium. One would like to know whether the QGP thermalizes, and what is the typical time scale for this. Proving that the QGP thermalizes would also justify from first principles the hydrodynamical treatment of the subsequent evolution of a heavy ion collision. After having recalled some essential theoretical concepts, the manuscript addresses these questions in two different theories In a first part, we study a scalar field theory. Starting from an out of equilibrium initial condition, one studies the approach to equilibrium in a fixed volume or in a one-dimensional expanding system. In both cases, clear signs of thermalization are obtained: an equation of state is formed, the pressure tensor becomes isotropic and the occupation number approaches a classical thermal distribution. These results are obtained thanks to the classical statistical approximation (CSA), that includes contributions beyond the Leading Order perturbative calculation. In a second part, the Color Glass Condensate – a quantum chromdynamics (QCD) effective theory well suited to describe the early life of the QGP – is used to treat more realistically the approach to thermalization in heavy ion collisions. After having derived some analytical prerequisites for the application of the CSA, the numerical simulations performed with the Yang-Mills equations show evidences of an early onset of hydrodynamical behavior of the QGP: the system becomes isotropic on short time scales, while the shear viscosity over entropy ratio is very small, which is characteristic of a quasi perfect fluid.

Le sujet de cette thèse sont les amplitudes d'hélicités de la leptoproduction exclusive et diffractive du méson rho dans la limite de Regge perturbative et au-delà du twist dominant. La compréhension de pareils processus exclusifs en termes des constituants élémentaires de QCD est un important défi pour comprendre la structure des hadrons. On présente ici deux nouveaux modèles phénoménologiques basés sur la kT-factorisation des amplitudes d'hélicités en un facteur d'impact γ*(λ) → ρ(λ'), où λ et λ' dénotent les polarisations du photon virtuel et du méson rho, et le facteur d'impact du nucléon cible. Les facteurs d'impacts γ*(λ) → ρ(λ') sont calculés en utilisant la factorisation colinéaire pour séparer la partie molle du méson rho. Le premier modèle est obtenu en combinant les résultats respectivement de twist 2 et twist 3 des facteurs d'impacts où les deux polarisations sont longitudinales ou transverses, avec un modèle pour le facteur d'impact du nucléon et un modèle pour les distributions d'amplitudes du méson rho. Dans la seconde approche présentée dans cette thèse, on calcule ces facteurs d'impacts dans l'espace des paramètres d'impacts et on montre que l'amplitude de diffusion d'un dipôle de couleur avec le nucléon se factorise, permettant de combiner nos résultats avec un modèle de section efficace de dipôle. On obtient en très bon accord avec les données de H1 et ZEUS pour des virtualités plus grandes que quelques GeV. Nous discutons les résultats obtenus et les comparons à d'autres modèles existants. / This thesis deals with the computation of the helicity amplitudes of the exclusive diffractive rho meson leptoproduction in the perturbative Regge limit beyond the leading twist. The understanding of such exclusive processes in terms of the elementary constituents of QCD is a serious challenge to understand the hadronic structure. We present two new phenomenological models based on the kT-factorization of the helicity amplitudes in a γ*(λ) → ρ(λ') impact factor, where λ and λ' denote the polarizations of the virtual photon and the rho meson, and the nucleon target impact factor. The γ*(λ) → ρ(λ') impact factors are then computed using the collinear factorization of the rho meson soft part. The first model relies on the combination of the results respectively up to twist 2 and twist 3 for the impact factors where both polarizations are longitudinal or transverse, with a model for the nucleon impact factor and a model for the distribution amplitudes of the rho meson. In the second approach presented in this thesis, we derive these impact factors in impact parameter space and show that the color dipole scattering amplitude with the nucleon factorizes, allowing to use our results in combination with dipole cross-section models. We get a very good agreement with the data from H1 and ZEUS collaborations for virtualities higher than a few GeV. We discuss our results and compare them to other models.