Les désintégrations rares B0s → μ + μ-et B0 → μ + μ-sont des canaux de référence pour contraindre les modèles au-delà du Modèle Standard (BSM) avec un plus grand secteur de Higgs. Dans le SM, la fraction de branchement de ces désintégrations est prédite avec une bonne précision: B (B0 (s) → μ + μ-) = (3,2 ± 0,2) × 10-9 et B (B0 → μ + μ-) = (0,10 ± 0,01) × 10-10. Tout écart par rapport à ces valeurs peuvent donner des indications sur la physique BSM. Le cœur de cette thèse comporte deux thèmes principaux: le rejet du bruit de fond et l'extraction du signal. Nous avons optimisé un classificateur multivariée basée sur la décision des arbres technique permettant une réduction drastique du bruit de fond de B → h + h'-(h ≡ π, K) . Après le processus de sélection, environ 76% du fond combinatoire pour B0s → μ + μ-est enlevé, tout en gardant une efficacité de signal d'environ 92%. Une autre discrimination entre le signal et le fond est réalisé avec un autre classificateur multivariée optimisé pour un rejet de grand fond dans la région de l'efficacité de signal faible. Le travail présenté dans cette thèse décrit l'optimisation d'un classificateur d'arbres de décision qui supprime 99,9% du fond renforcé, après le processus de sélection ci-dessus, pour un rendement de signal de 50%. Nous avons proposé une méthode pour estimer les rendements de signaux présents dans notre échantillon de données en utilisant un ajustement extension maximale de vraisemblance. / The rare decays B0s→μ+μ− and B0→μ+μ− are benchmark channels to constrain models beyond the Standard Model (BSM) with a larger Higgs sector. In the SM, the branching fraction of these decays is predicted with a good accuracy: B(B0(s)→μ+μ−)=(3.2±0.2)×10−9 and B(B0→μ+μ−)=(0.10±0.01)×10−10. Any deviation from these values can lead to indications of physics BSM. The core of this thesis comprises two main topics: the background rejection and the signal yields extraction. We have optimized a multivariate classifier based on the boosted decision trees technique allowing for a drastic reduction of the B→h+h′− (h≡π,K) background. After the selection process, about 76% of the combinatorial background for B0s→μ+μ− is removed, while keeping a signal efficiency of about 92%. A further discrimination between signal and background is accomplished with another multivariate classifier optimized to have a large background rejection in the low signal efficiency region. The work presented in this thesis describes the optimization of a boosted decision trees classifier that suppresses 99.9% of the background, after the aforementioned selection process, for a signal efficiency of 50%. We have proposed a method to estimate the signal yields present in our data sample using an extended maximum likelihood fit.

Les désintégrations rares $B^{0}_{s} \to \mu^+ \mu^-$ et $B^{0} \to \mu^+ \mu^-$ sont des canaux de référence pour contraindre les modèles au-delà du Modèle Standard avec secteur de Higgs étendu. Dans le Modèle Standard, le rapport d' embranchement de ces désintégrations est prédit avec une bonne précision: $\mathcal{B}(B^{0}_{(s)} \to \mu^+ \mu^-) = (3.2 \pm 0.2) \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \to \mu^+ \mu^-) = (0.10 \pm 0.01) \times 10^{-10}$. Tout écart par rapport à ces valeurs peut donner des indications sur une nouvelle physique. Le cœur de cette thèse, basée sur l'analyse des données prises par l'experience LHCb en 2011, comporte deux thèmes principaux: le rejet du bruit de fond et l'extraction du signal. Nous avons optimisé un classificateur multivariée basé sur les arbres de décision boostés permettant une réduction drastique du bruit de fond de $B \to h^+ h'^-$ ($h \equiv \pi, K$). Après la sélection, environ 76$\%$ du bruit de fond combinatoire de $B^{0}_{s} \to \mu^+ \mu^-$ est éliminé, tout en conservant une efficacité sur le signal de l'ordre de 92$\%$. Une autre discrimination entre le signal et le fond est réalisé avec un autre classificateur multivarié optimisé pour avoir un grand rejet du bruit de fond dans la région de faible efficacité en signal. Le travail présenté dans cette thèse décrit l'optimisation d'un des arbres de décision boostés qui supprime 99.9$\%$ du bruit, après le processus de sélection ci-dessus, pour une efficacité de signal de 50$\%$. Nous avons proposé une méthode pour estimer les signaux présents dans notre échantillon de données en utilisant un ajustement de la fonction de vraisemblance. La validation de l'ajustement avec simulation reflète la bonne estimation des incertitudes statistiques et les incertitudes systématiques ont été soigneusement étudiés et prises en compte dans les résultats finaux pour l'échantillon de données de 2011: $\mathcal{B}(B^{0}_{s} \rightarrow \mu^+\mu^-) = (1.4 \left(^{+1.6}_{-1.1} \right)_{(stat)} \left(^{+0.5}_{-0.8} \right)_{(syst)} ) \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \rightarrow \mu^+\mu^-) = (0.3 \left(^{+0.5}_{-0.4}\right)_{(stat)} \left(^{+0.5}_{-0.3}\right)_{(syst)}) \times 10^{-9}$. Etant donné l'absence de signal, les limites supérieures des rapports d'embranchement sont calculées: $\mathcal{B}(B^{0}_{(s)} \to \mu^+ \mu^-)<4,5 \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \to \mu^ + \mu^-) <1,0 \times 10^{-10}$ á 95\% de niveau de confiance, qui sont les limites les plus restrictives jusqu'à ce jour.

Des progrès expérimentaux importants sont en cours dans l’étude des désintégrations rares de mésons contenant un quark beau et impliquant un quark étrange et une paire de leptons. Le travail présent mesure la portée indirecte de ces progrés sur des extensions supersymétriques du modèle standard. Même dans des modèles contraints, les limites indirectes ainsi obtenues peuvent dans certains cas être plus fortes que celles provenant de la recherche directe de particules supersymétriques. La précision gagnée par les facteurs de forme et les corrections d’ordre supérieur nouvellement implémentés dans le programme public ”SuperIso” montrent alors leur importance. / There are fast progresses in the experimental study of rare decay sof mesons containing a b-quark, and involving a pair of leptons and an s-quark. The present work measures the indirect implications of these progresses on the supersymmetric extensions of the Standard Model. Even within constrained models, the indirect limits obtained in this way can in some cases be stronger than those coming from direct searches of supersymmetric particles. The accuracy gained by the form factors and higher order corrections newly implemented in the public code ”SuperIso” are then fully relevant.