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. / This thesis describes the search for new color-octet scalar particles in the ATLAS experiment data at the Large Hadron Collider (LHC). For a wide range of mass, the decay of the scalar to two SM partons dominates. This motivates the search for these new scalars in multijet final states, where they would manifest as dijet resonances. As the new scalars are products in pairs, a final state containing at least four jets is used as a search environment. A method is developed to extract a possible scalar resonance from the multijet QCD background and is used to search for such scalar in the data from the ATLAS experiment collected in 2010 and 2011. The data are in agreement with the estimation of the background and limits are set on the scalar production cross section as a function of the scalar mass. Interpreting these limits in models of supersymmetry, the scalar gluon of the MRSSM and of the hybrid N=1/N=2 model is excluded at the 95 % CL between 100 and 287 GeV. Limits are also interpreted in a model of gauge symmetry à la QCD, where the sgluon is replaced by the hyperpion excluded in a mass range slightly smaller because of its smaller cross section.

Ces dernières années ont connu de grandes avancées en cosmologie et en astrophysique grâce à l'incroyable précision atteinte par les mesures des paramètres cosmologiques. La matière Noire (MN) apporte un lien entre ces mesures et celles effectuées en collisionneurs comme le LHC ou le collisionneur linéaire qui permettra d'augmenter encore la précision sur les propriétés de la MN. Les prédictions théoriques doivent alors atteindre la même précision que les mesures expérimentales portant sur la MN. Le neutralino du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) est un excellent candidat de MN. Le travail de cette thèse porte sur le développement d'un programme de renormalisation complet et cohérent du MSSM permettant le calcul à une boucle de toutes sortes de processus. Pour faciliter l'implémentation de ce programme qui tient compte d'un grand nombre de paramètres du modèle ainsi que d'un nombre incroyable de diagrammes de Feynman, un outil automatique a été développé. Celui-ci a permis d'étudier une grande variété d'applications à une boucle, de la détermination des masses, des désintegrations, des sections efficaces aux collisionneurs jusqu'à la prédiction de la densité relique de MN froide pour différents scénarios. D'un point de vue théorique, plusieurs schémas de renormalisation du paramètre tan(β) ainsi que leur dépendance de jauge ont été analysés, ceci en partie grâce à l'utilisation d'une fixation de jauge non linéaire qui a permis de généraliser certaines identités de Ward du secteur de Higgs.

The hadron formation is, in the framework of the quantum chromodynamics theory (QCD), a non-perturbative process; this characteristic leads to important theoretical challenges. This is why experimental measurements of fragmentation in nuclei are a necessity in order to obtain substantial progress in our understanding of the mechanisms of hadron formation. The thesis begins with the introduction of theoretical background, followed by an overview of theoretical models. The thesis continues with the analysis of Jefferson Lab data obtained with a 5 GeV electron beam incident on various targets ($^2$H, C, Al, Fe, Sn and Pb).The reaction products are measured with the CLAS spectrometer of Hall B. The main results are: (a) multi-dimensional analysis of the measured observables, which permits a better confrontation with theoretical models and the extraction of temporal information on fragmentation, and (b) the observation of a non linear hadronic attenuation as a function of the target's nuclear radius. The PyQM event generator, developed to reproduce the data from the HERMES collaboration, is also presented. The results are ambivalent, the theoretical basis used does not seem to apply to the studied case, however, some characteristics of the data are reproduced allowing to understand their origin, which is sometimes unexpected. Finally, the possibilities for future experiments, at Jefferson Lab and at an Electron-Ion Collider (EIC), are explored.

CLIC est un des projets actuels de construction d'un collisionneur linéaire de haute énergie. La taille verticale des faisceaux de 0,7nm lors de la collision et le mouvement rapide du sol de quelques nanomètres imposent une stabilisation active des doublets finaux au cinquième de nanomètre au-dessus de 4Hz.<br />La majorité de mon travail a porté sur l'étude des vibrations et de la stabilisation active de poutres en porte-à-faux et élancées afin de représenter les doublets finaux de CLIC.<br />Dans une première partie, les performances mesurées de différents types de capteurs de vibration associés à une instrumentation appropriée ont montré que des mesures précises du mouvement du sol sont possibles de 0,1Hz jusqu'à 2000Hz sur un site calme. Egalement, des capteurs électrochimiques répondant à priori au cahier des charges de CLIC peuvent être incorporés dans la stabilisation active au cinquième de nanomètre.<br />Dans une deuxième partie, une étude expérimentale et numérique des vibrations d'une poutre a permis de valider l'efficacité de la prédiction numérique incorporée par la suite dans la simulation de la stabilisation active. Egalement, une étude de l'impact du mouvement du sol et du bruit acoustique sur les vibrations d'une poutre a montré qu'une stabilisation active est nécessaire jusqu'à au moins 1000Hz.<br />Dans une troisième partie, les résultats sur la stabilisation active d'une poutre à ses deux premières résonances sont montrés jusqu'à des amplitudes d'un dixième de nanomètre au-dessus de 4Hz en utilisant en parallèle un système commercial réalisant une stabilisation passive et active de l'encastrement.<br />La dernière partie a porté sur une étude d'un support pour les doublets finaux d'un prototype d'un collisionneur linéaire en phase de finalisation, le prototype ATF2. Ce travail a montré que le mouvement relatif entre ce support et le sol est en-dessous des tolérances imposées (6nm au-dessus de 0,1Hz) avec des conditions aux limites appropriées.

L'électronique associée aux détecteurs de particules du grand collisionneur d'hadrons (LHC), en construction au CERN, fonctionnera dans un environnement très radioactif. La plupart des composants microélectroniques développés pour la première génération des expériences du LHC ont été conçues avec des buts spécifiques et très précis, non adaptables pour d'autres applications. Les composants commerciaux ne peuvent pas être employés en proximité du point de collision des particules, car ils ne sont pas tolérants aux radiations. Cette thèse contribue à couvrir le besoin en composants programmables résistants aux rayonnements et aux alea logiques pour les expériences de physique des hautes énergies. Dans ce sens, deux composants sont en cours de développement : un dispositif logique programmable (PLD) et un réseau de portes programmables in-situ (FPGA). Ce travail s'est concentré également sur la recherche d'un registre résistant aux alea logiques dans les deux technologies mentionnées. Le registre est utilisé comme bascule pour les données d'utilisateur dans le FPGA et le PLD, mais aussi comme cellule de configuration dans le FPGA.

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 but premier de la physique des hautes énergies est d'améliorer notre connaissance de la structure fondamentale de la matière, et notamment des particules qui constituent le monde. L'une d'entre elles est le quark top, qui fut découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 auprès du collisionneur protons-antiprotons Tevatron. Un des buts principaux du Tevatron a été depuis l'étude fine des propriétés du quark top, et en particulier de la section efficace de production de paires top-antitop. Différentes analyses ont été menées dans les canaux leptons, dileptons, et tout hadronique afin de déterminer le plus précisément possible les valeurs de ces paramètres, et ainsi de tester la validité du Modèle Standard. Le but principal de cette thèse est de vérifier une des prédictions théoriques du Modèle Standard de la physique des particules, à savoir la section efficace de production top-antitop, auprès du collisionneur Tevatron. Le canal étudié est constitué d'un muon, d'un lepton tau, de leurs neutrinos associés, de de deux jets de quark b (l'un d'entre eux provenant d'un quark b, l'autre d'un anti-quark b). La reconstruction et l'identification des jets , des muons, des leptons taus (en particulier par l'utilisation d'un réseau de neurones dédié), et l'étiquetage des jets de b, représentent les éléments fondamentaux de cette étude. Au final, un bon accord entre les données et la simulation Monte Carlo est obtenu à la dernière étape de cette analyse. En outre, la mesure finale de la prédiction théorique au niveau NLL + NLO du calcul des pertubations sont compatibles.

La supersymétrie est une des théories privilégiées pour expliquer la physique au-delà du Modèle Standard. Le LHC, qui fonctionne à des énergies de centre de masse les plus élevées jusqu’à ce jour, procure une opportunité inégalée de vérifier si cette théorie existe. Le traitement des électrons de signal occupe une place importante dans la recherche de supersymétrie qui inclut des leptons (électrons et muons) dans les états finaux du détecteur ATLAS. En raison des nombreuses sources de di-leptons de charge opposée dans le Modèle Standard et de leur contribution significative dans la recherche de bruit de fond, l’identification de la charge des électrons revêt une très grande importance pour les processus qui impliquent des états finaux consistant en des paires de leptons de même signe. Une estimation du taux d’erreur d’identification de la charge des électrons est présentée au moyen d’une fonction de vraisemblance, une méthode qui a déjà depuis été utilisée avec succès par la communauté d’ATLAS afin d’estimer le bruit de fond dû à une erreur d’identification de charge des électrons. En revanche, les processus qui impliquent la production de paires de gluinos lourds sont fortement motivés par le problème de naturalité ainsi que par le fait que leurs sections efficaces de production sont élevées. Une recherche de paires de gluinos utilisant des données récoltées durant la période 2015-2016 à √s = 13 TeV et correspondant à une luminosité de 36.1 fb⁻¹ est présentée. Les particules à l'état final one une grande impulsion transverse et plusieurs jets sont présents, dont au moins trois doivent être des jets-b. Le canal leptonique, qui nécessite en plus au moins un lepton (un électron ou un muon), est discuté en détail, y compris le schéma de suppression de chevauchement entre jet et muon en fonction du p_T du muon ainsi que l'optimisation des régions de signal. Aucune découverte n'est revendiquée. Des limites indépendantes du modèle sont extraites sur la section efficace visible pour les nouveaux processus physiques, et des limites dépendantes du modèle sont extraites en fonction des masses du gluino et du neutralino. Les masses de gluinos inférieures à 1.97 TeV pour les masses de neutralinos inférieures à environ 300 GeV sont exclues avec un niveau de confiance de 95%, montrant une amélioration marquée par rapport à la même analyse en utilisant uniquement l'ensemble de données de 2015. Les désintégrations de quarks top boostés, dans laquelle les particules filles des quarks top se trouvent près les uns des autres, vont se produire plus fréquemment dans Run 2 car l’énergie du centre-de-masse du LHC a subi une mise à niveau à 13 TeV à partir du début de 2015. Dans les recherches qui impliquent des particules supersymétriques se désintégrant en quarks top, ces désintégrations conduisent à une augmentation considérable de l'acceptation du signal lorsque des électrons se chevauchant avec des jets sont acceptés. Une discussion de la méthode et de la mesure initiale des efficacités d'identification pour les électrons se chevauchant avec des jets est présentée, représentant la première tentative de telles mesures pour les électrons produits à l'intérieur des quarks top boostés. / Supersymmetry is currently the leading candidate for physics beyond the Standard Model. The LHC, operating as the highest centre-of-mass energy collider to date, has been providing physicists with ample opportunities for verifying if supersymmetry exists. The treatment of signal electrons represents a significant part in searches for supersymmetry that involve leptons (electrons and muons) in the final state at ATLAS. In processes that can yield a final state that consists of a pair of same-sign leptons, correct electron charge measurement is extremely important, because of the potentially large contribution to the background due to (overwhelmingly) large Standard Model sources of opposite-sign dileptons. An estimation of the rate of electron charge mis-identification by a likelihood function is presented; the method has been applied to correct simulation predictions for mis-identification rates by the ATLAS collaboration. On the other hand, processes that target gluino pair-production are highly motivated by the naturalness problem and their high cross-section at the LHC. A search on the data collected in the 2015-2016 period, at √s = 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb⁻¹, is presented. The final state consists of large missing transverse momentum and multiple jets, of which at least three must be b-jets. The leptonic channel, which requires in addition at least one lepton (an electron or a muon), is discussed in detail, including the boosted p_T-dependent muon-jet overlap-removal scheme used in the analysis as well as the optimization of the signal regions. No discovery is claimed. Model-independent limits are set on the visible cross-section for new physics processes, and model-dependent limits are set for gluino and neutralino masses. Gluino masses of less than 1.97 TeV for neutralino masses below approximately 300 GeV are excluded at the 95% CL, showing an improvement over the same analysis using the 2015 dataset alone. Boosted top quark decays, in which the daughter particles of the top quarks are found close to each other, were expected to occur more frequently as the centre-of-mass of the LHC underwent an upgrade to 13 TeV starting early 2015. In supersymmetry searches that involve supersymmetric particles decaying into the Standard Model top quarks, such decays lead to a considerable increase in signal acceptance as electrons overlapping with jets are selected. A discussion of the method and the initial measurement of the identification efficiencies for electrons overlapping with jets is presented, representing the first attempt at such measurements for electrons produced inside boosted top quarks.

Cette thèse présente une étude de la production de boson de Higgs dans les collisions proton-proton à sqrt(s) = 13 TeV enregistrées avec le détecteur CMS au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, exploitant la voie de désintégration en une paire de bosons Z qui se désintègrent à leur tour en paires d’électrons ou de muons (H->ZZ->4l, l = e,mu).Ce travail s’inscrit dans le contexte du début du Run II du LHC, une nouvelle période de prise de données qui a commencé en 2015 après une interruption de deux ans. Ce redémarrage est marqué par une augmentation de l’énergie dans le centre de masse de 8 TeV à 13 TeV et un resserrement de l’espacement entre paquets de protons de 50 ns à 25 ns. Ces nouveaux paramètres augmentent à la fois la luminosité et placent des contraintes inédites sur le déclenchement, la reconstruction et l’analyse des données de collisions pp. Un effort important est donc consacré à l’amélioration et la réoptimisation du système de déclenchement de CMS pour le Run II, en mettant l’accent sur la reconstruction et la sélection des électrons et sur la préparation de chemins de déclenchement multi-leptons préservant une efficacité maximale pour le canal H->ZZ->4l.Dans un second temps, les algorithmes de sélection hors-ligne des électrons et des muons sont optimisés et leurs efficacités sont mesurées dans les données, tandis que la logique de sélection des candidats à quatre leptons est améliorée. Afin d’extraire des modes de production rares du boson de Higgs tels que la fusion de bosons vecteurs, la production par « Higgsstrahlung » VH et la production associée ttH, une nouvelle répartition des événements sélectionnés en catégories exclusives est introduite, fondée sur des discriminants utilisant le calcul d’éléments de matrice et l’étiquetage de saveur des jets.Les résultats de l’analyse des premières données à 13 TeV sont présentés pour des lots de données enregistrés en 2015 et au début de 2016, qui correspondent à des luminosités intégrées respectives de 2.8 fb-1 and 12.9 fb-1. Le boson de Higgs est redécouvert de façon indépendante à la nouvelle énergie. L’intensité du signal relative à la prédiction du modèle standard, la masse et la largeur de désintégration du boson sont mesurées, ainsi qu’un jeu de paramètres contrôlant les contributions des principaux modes de production attendus. Tous les résultats sont en bon accord avec les prévisions du modèle standard pour un boson de Higgs à 125 GeV, aux incertitudes de mesure près, ces dernières étant dominées par la composante statistique avec l’échantillon de données actuel. Enfin, une autre résonance se désintégrant en quatre leptons est recherchée à haute masse, et aucun excès significatif n’est observé. / This thesis reports a study of Higgs boson production in proton-proton collisions at sqrt(s) = 13 TeV recorded with the CMS detector at the CERN Large Hadron Collider (LHC), exploiting the decay channel into a pair of Z bosons that in turn decay into pairs of electrons or muons (H->ZZ->4l, l = e,mu).This work is carried out in the context of the beginning of Run II of the LHC, a new data-taking period that started in 2015, following a two-year-long shutdown. This restart is marked by an increase of the centre-of-mass energy from 8 TeV to 13 TeV, and a narrowing of the spacing of proton bunches from 50 ns to 25 ns. These new parameters both increase the luminosity and set new constraints on the triggering, reconstruction and analysis of pp collision events. Therefore, considerable effort is devoted to the improvement and reoptimization of the CMS trigger system for Run II, focusing on the reconstruction and selection of electrons and on the preparation of multilepton trigger paths that preserve a maximal efficiency for the H->ZZ->4l channel.Secondly, the offline algorithms for electron and muon selection are optimized and their efficiencies are measured in data, while the selection logic of four-lepton candidates is improved. In order to extract rare production modes of the Higgs boson such as vector boson fusion, VH associated production and ttH associated production, a new classification of selected events into exclusive categories is introduced, using discriminants based on matrix-element calculations and jet flavour tagging.Results of the analysis of first 13 TeV data are presented for two data sets recorded in 2015 and early 2016, corresponding to integrated luminosities of 2.8 fb-1 and 12.9 fb-1, respectively. A standalone rediscovery of the Higgs boson in the four-lepton channel is achieved at the new energy. The signal strength relative to the standard model prediction, the mass and decay width of the boson, and a set of parameters describing the contributions of its main predicted production modes are measured. All results are in good agreement with standard model expectations for a 125 GeV Higgs boson within the incertainties, which are dominated by their statistical component with the current data set. Finally, a search for an additional high-mass resonance decaying to four leptons is performed, and no significant excess is observed.

Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances. / Using the most recent data collected by the ATLAS detector in pp collisions delivered by the LHC at 7 and 8 TeV, this thesis shall establish severe constraints on a variety of models going beyond the Standard Model (SM) of particle physics. More particularly, two types of hypothetical particles, existing in various theoretical models shall be studied and probed. The first type will be the search for vector-like quarks (VLQ) produced in pp collisions through electroweak couplings with the u and d quarks. The quest for these particles will be made as they decay into either W(lν)+jet or Z(ll)+jet. There exist theoretical arguments that establish that, under certain reasonable conditions, single production of VLQ dominates over production in pairs. The particular topology of such events enables the implementation of effective techniques to extract signal over electroweak background. The second type is the search for resonant particles decaying to WZ when the gauge bosons W and Z decay leptonically. The final states detected by ATLAS therefore contain three leptons (e, or μ) and missing transverse energy. The distribution of the invariant mass of these objects will then be examined to determine the presence or absence of new resonances that manifest themselves as localized excesses in m(WZ). Despite the fact that, at first glance, these two new types of particles have very little in common, they are in fact both closely linked to electroweak symmetry breaking. In many theoretical models, the hypothetical existence of VLQ is put forward to counteract the top quark’s contribution to radiative loop corrections of the Higgs mass, a calculation which assumes that the Higgs is an elementary particle. Concurrently, other models foretelling the existence WZ resonances alternatively suggest that the Higgs is a composite particle, completely rewriting the whole Higgs sector of the SM. In this perspective, the two analyses presented in this thesis have a fundamental link with the very nature of the Higgs, thereby extending our knowledge of the origin of particle masses. Ultimately, the two analyses did not observe any significant excess in their respective signal regions, paving the way for the computations of limits on the production cross section as a function of the mass of the resonances.