L’expérience T2K étudie les propriétés des neutrinos, en particulier le phénomène d’oscillation des neutrinos. Se déroulant au Japon, elle utilise un faisceau de neutrinos muoniques produit par le complexe d’accélérateur J-PARC, un détecteur proche, ND280 sur le site même de J-PARC pour caractériser le faisceau, et un détecteur lointain, Super-Kamiokande situé à 295 km pour mesurer les oscillations de neutrinos. Le détecteur proche permet également d’étudier les interactions des neutrinos et cette thèse porte sur la mesure des sections efficaces de diffusion profondément inélastique des neutrinos muoniques.Le manuscrit introduit d’abord la physique des neutrinos, puis l’expérience T2K et en particulier les chambres à projection temporelles du détecteur proche, en insistant sur la vérification de la qualité des données, dont j’avais la charge. L’analyse porte sur les données de T2K enregistrées jusqu’en 2013. La sélection d’interactions de neutrinos muoniques par courant chargé est ensuite présentée, ainsi qu’une étude préliminaire de la sélection d’interactions de neutrinos muoniques par courant chargé avec production d’un pion neutre. Un critère portant sur la multiplicité des traces permet d’enrichir le premier lot en interactions correspondant à une diffusion profondément inélastique de neutrinos. Finalement un ajustement, validé d’abord sur des données simulées, permet d’extraire les sections efficaces de diffusion profondément inélastique des neutrinos muoniques. / The T2K experiment studies the properties of neutrinos, particularly neutrino oscillations. It takes place in Japan and uses a muonic neutrino beam produced by the J-PARC accelerator complex, a near detector, ND280 on the J-PARC site in order to characterise the beam, and a far detector, Super-Kamiokande 295 km away in order to measure the neutrino oscillations. The near detector is also used to study the neutrino interactions and the goal of this thesis is the measurement of muonic neutrino deep inelastic scattering cross sections.The thesis first introduces neutrino physics, then the T2K experiment and more particularly the time projection chambers of the near detector, and its data quality checking that I was in charge of. The analysis is based on the T2K data recorded until 2013. The selection of charged current muonic neutrino interactions is then presented, as well as a preliminary study of the selection of charged current muonic neutrino interactions with the production of a neutral pion. A criterion on track multiplicity allows enriching the former sample in interactions corresponding to a neutrino deep inelastic scattering. Finally a fit, first validated on simulated data, allows the extraction of the muonic neutrino deep inelastic scattering cross sections.

L'étude de la réaction 238U + 64Ni 'a 6,6 MeV par nucléon nous a permis d'identifier des rayons X caractéristiques de l'élément Z = 120. Ces X caractéristiques ont été trouvés en coïncidence avec des fragments de fission des noyaux composés de 120 protons formés au cours de la réaction. La multiplicité de ces rayonnements rend possible l'extraction des informations sur la probabilité de formation par fusion dans la réaction étudiée du noyau de Z = 120 ainsi que sur le temps de fission de ce noyau.

Le proton est un objet composite, constitué d'une collection de partons, quarks et gluons, qui interagissent selon les lois de la chromodynamique quantique (QCD). Dans cette thèse, on expose une formulation hamiltonienne de cette théorie dans le repère du cône de lumière.<br /><br />On retrouve dans ce cadre les équations d'évolution des partons en impulsion transverse (équation DGLAP), et longitudinale (équation BFKL). Cette dernière se présente ici sous la forme du modèle des dipôles de couleur. On transpose dans ce formalisme l'ensemble des calculs nécessaires à nos recherches personnelles, portant sur le développement et les applications du modèle des dipôles.<br /><br />Ce modèle est ajusté aux données expérimentales d'HERA pour les fonctions de structure inclusives, qui sont reliées aux sections efficaces d'interaction électron-proton. La contribution à celles-ci de la production de particules charmées est prédite, en bon accord avec l'expérience. D'autre part, l'importance phénoménologique de certaines composantes sous-dominantes de l'équation BFKL (de spin conforme non nul), qui apparaissent comme solutions des équations d'évolution, est démontrée: on compare leur effet à celui du poméron mou de Donnachie-Landshoff.<br /><br />On montre sur des observables particulières l'équivalence entre la formulation hamiltonienne et une formulation covariante de la QCD, et on l'applique à la détermination de la densité effective de dipôles primordiaux à l'origine d'un jet vers l'avant qui se matérialise quelquefois dans l'état final d'une réaction de diffusion profondément inélastique ou d'une diffusion de protons.<br /><br />Enfin, le processus de diffraction dure, plus exclusif, est considéré dans l'approche BFKL. Sur le plan phénoménologique, une étude des données des expériences d'HERA dans le cadre du modèle des dipôles est présentée. Sur le plan théorique, le calcul des composantes de spin conforme non nul de l'équation BFKL pour la production diffractive de photons est effectué.

La décennie passée a vu une forte évolution de l'étude de la structure des hadrons par les processus exclusifs, permettant d'accéder à une description plus complète de cette structure. Les processus exclusifs incluent la diffusion Compton profondément virtuelle, ainsi que la production exclusive de mesons à haute énergie. Ce document s'attache particulièrement à ce dernier, et plus particulièrement à la production exclusive de pions neutres. Cette thèse décrit l'analyse des événements en triple coïncidence H(e,e'gamma gamma)X, qui fut un sous produit abondant de l'expérience DVCS qui a eu lieu durant l'automne 2004 dans le Hall A au Jefferson Laboratory, afin d'extraire la section efficace de ep → epπ0 . Cette section efficace a été mesurée à deux valeurs de quadrimoment de tranfert Q2 =1.9 GeV2 et Q2 =2.3 GeV2 . La précision statistique accomplie pour ces mesures est meilleure que 5 %. Le domaine cinématique permet d'étudier l'évolution en Q2 et en W de la section efficace. Ces résultats ont été comparés avec des calculs inspirés de la phénoménologie de Regge, ainsi qu'avec les prédictions du formalisme des distributions de partons généralisées. Une interprétation dans le cadre de la diffusion profondément inélastique semi-inclusive est également discutée.

L'étude de la structure du nucléon est actuellement l'un des principaux défis rencontrées en physique nucléaire. Le présent travail représente une contribution à l'étude de la structure du nucléon et consiste, en particulier, à étudier le rôle des quarks étranges dans le nucléon. Ce dernier peut être examiné en déterminant la distribution des quarks étranges dans le nucléon ainsi que la contribution des spins des quarks étranges au spin du nucléon ($\Delta s$). Ce travail présente une mesure de $\Delta s$ effectuée en utilisant des données de diffusion profondément inélastique de muons polarisés sur une cible de protons et de deutons polarisés, collectées par la collaboration COMPASS. Le résultat dépend fortement des fonctions de fragmentation des quarks en hadrons, qui définissent la probabilité qu'un quark d'une certaine saveur se fragmente en un hadron dans l'état final. Actuellement, les fonctions de fragmentation sont mal connues, en particulier, la fonction de fragmentation des quark étranges en kaons, qui joue un rôle essentiel dans la détermination de $ \Delta s$. En diffusion profondément inélastique, l'accès à ces fonctions est assuré par les multiplicités des hadrons qui, à leur tour, définissent le nombre moyen de hadrons produit par évènement de diffusion inélastique. Les multiplicités des pion et des kaons ont été extraites en fonction de différentes variables cinématiques, en utilisant les données de COMPASS. Une première extraction au leading order des fonctions de fragmentation des pions et des kaons est présentée. / Understanding the nucleon structure is currently one of the main challenges encountered in nuclear physics. The present work represents a contribution to the study of the nucleon structure and deals, in particular, with the study of the role of strange quarks in the nucleon. The latter can be investigated by determing the strange quark distribution in the nucleon as well as the contribution of the spins of strange quarks to the nucleon spin ($\Delta s$). This work first presents a measurement of $\Delta s$ performed via Deeply Inelastic Scattering of a muon beam off polarized proton and deuterium targets. The result is found to be strongly dependent on the quark fragmentation functions into hadrons (FFs), which define the probability that a quark of a given flavour fragments into a final state hadron. The FFs are poorly known, in particular, the FF of strange quark into kaons, which play an important role in the determination of $\Delta s$. In deep inelastic scattering process, the access to the FFs is provided by the hadron multiplicities which, in turn, define the average number of hadrons produced per DIS event. Pion and kaon multiplicities have been extracted versus different kinematic variables, using DIS data collected by deeply inelastic scattering of a $160$ GeV muons off a deuterium target. A first LO extraction of the fragmentation functions has then been performed using the measured pion and kaon multiplicities.

Définir les limites de stabilité des systèmes nucléaires est un des enjeux de la physique nucléaire. Dans les collisions d'actinides sont formés les ensembles de nucléons les plus lourds que l'on peut produire sur terre. La collision 238U+238U, permettant de former le système géant 476184, est étudiée de manière théorique selon le modèle microscopique “Time Dependent Hartree Fock” pour une gamme d'énergie large sous et au-delà de la barrière coulombienne et également de manière expérimentale à des énergies proche de la barrière coulombienne jusque 20% au dessus de celle-ci (6.09-7.35 AMeV) ; le spectromètre VAMOS et un système de détection permettant de mesurer la masse, la charge, l'énergie et l'angle de diffusion (35±5°) de l'éjectile est utilisé On a mis en évidence qu'un transfert de masse important entre les deux noyaux d'Uranium (supérieur à 10 nucléons) menait à une dissipation totale de l'énergie cinétique dans les différents degrés de liberté du système géant et à une déformation importante de celui-ci au moment de sa décroissance. Le temps de vie du système géant est estimé à 10−21-10−20s. Ce temps serait suffisant pour sonder la formation de paires électrons-trous issus du vide quantique, processus jusqu'alors jamais prouvé expérimentalement. La synthèse de noyaux lourds riches en neutrons semble également envisageable dans ce type de réaction aux énergies proches de la barrière coulombienne lorsque l'énergie d'excitation des produits de réaction est moindre.

Des mesures de sections efficaces des processus courant chargé et courant neutre ont été réalisées pour la première fois en utilisant l'ensemble des données accumulées à HERA-II avec un faisceau d'électrons ou de positrons polarisés en collision avec un faisceau de protons. Les données prises par le détecteur H1 à 319 GeV d'énergie dans le centre de masse correspondent à une luminosité intégrée de 149.1 pb^−1 et 180.0 pb^−1 pour les collisions e^−p et e^+p respectivement, et représentent une augmentation d'environ un facteur 10 et 2 respectivement par à rapport à la prise de données de HERA-I. Les sections efficaces mesurées couvrent un très grand domaine cinématique de plus de deux ordres de grandeur à la fois en Q^2 (jusqu'à 30000 GeV^2) et en x (jusqu'à 0.003). Les mesures sont comparées avec les prédictions du Modèle Standard montrant un très bon accord. La précision de la mesure de l'asymétrie sur la polarisation en fonction de Q^2 a confirmé l'observation précédente de la violation de parité dans le processus courant neutre pour une distance allant jusqu'à 10^-18 m. Les sections efficaces intégrées pour Q^2 > 400 GeV^2 et pour des inélasticités y < 0.9 dans le processus courant chargé ont été mesurées pour quatre échantillons indépendants avec les faisceaux e± et à différentes valeurs de polarisation. Ces données et celles mesurées à HERA-I avec les faisceaux d'électrons et de positrons non-polarisés ont permis de vérifier la dépendance linéaire des sections efficaces du processus courant chargé en fonction de la polarisation, confirmant l'absence de courants droits dans les données en accord avec la prédiction du Modèle Standard. Les nouvelles sections efficaces ont été combinées avec celles de HERA-I pour maximiser la précision de ces mesures. Les données combinées ont ensuite été utilisées pour déterminer la fonction de structure xF^γZ_3 qui est pratiquement une mesure directe des quarks de valence. Les nouvelles sections efficaces ont aussi été utilisées avec celles de HERA-I dans un fit combinant à la fois les paramètres de la théorie électrofaible et de QCD pour extraire non seulement les densités de partons mais aussi les couplages des quarks légers u et d au boson Z. La précision obtenue sur les valeurs de ces couplages est bien meilleure que celle obtenue au Tevatron et au LEP, en particulier pour les couplages vectoriel et axial du quark u.

L'expérience de diffusion Compton profondément virtuelle sur le proton (DVCS) du Hall A a pris le faisceau d'électrons de 5.757 GeV polarisé du Jefferson Laboratory de septembre à décembre 2004. Elle a utilisé un spectromètre à haute résolution associé à un calorimétre électromagnétique en fluorure de plomb et à un detecteur de protons tous deux spécialement con\c cus pour fonctionner à une haute luminosité de 10^37cm^-2s^-1 permettant de signer les<br />événements exclusifs sans ambiguïté. Trois mesures ont été effectuées a x_bjorken=0.32 constant pour 3 valeurs de Q^2 : 1.5 GeV^2, 1.91GeV^2, 2.32 GeV^2. Une électronique dédiée a aussi été mise en place permettant de résoudre l'empilement durant l'analyse ainsi q'un module de coïncidence électron photon. Les données de la cinématique à 2.32 GeV^2 et s=5.6GeV^2 ont permis d'extraire un résultat préliminaire pour la section efficace d'électroproduction exclusive de pi^0 sur le proton.

Cette thèse décrit la mesure précise de la fonction de structure polarisée g1n du neutron menée par la collaboration E154 à l'automne 1995 auprès de l'accélérateur linéaire de Stanford aux Etats-Unis, par diffusion profondément inélastique inclusive d'un faisceau d'électrons polarisé de 48.3 GeV sur une cible d'Hélium 3 polarisée. Les électrons diffusés ont été détectés par deux spectromètres permettant de couvrir le domaine cinématique en x Bjorken : 0.014 < x < 0.7 et en quadritransfert carré : 1 GeV2 < Q2 < 17 GeV2 à une valeur moyenne Q2 = 5 GeV2. Deux calorimètres électromagnétiques pris en charge par le LPC de Clermont-Ferrand et le SphN du CEA-Saclay ont été utilisés pour déterminer l'énergie des électrons diffusés et pour rejeter le bruit de fond hadronique. Pour cela, nous avons développé un automate cellulaire et un réseau de neurones, largement décrits dans ce manuscrit. L'analyse de la mesure de la fonction de structure g1n menée à Clermont-Fd et exposée dans ce manuscrit nous a conduit à l'intégrale sur la région mesurée : intégrale (g1n(x)dx, xmin=0.0135, xmax=0.7) = -0.03 +- 0.003 STAT +- 0.004 SYST +- 0.001 EVOL à Q2 = 5 GeV2 où nous avons fait évoluer nos mesures vers Q2 = 5 GeV2 à l'aide des équations d'évolution DGLAP à l'ordre sous-dominant en utilisant une paramétrisation mondiale des distributions de partons polarisées. La règle de somme d'Ellis et Jaffe sur le neutron est clairement violée par nos mesures. Pour les différents extrapolations envisagées à bas x, notre intégrale est compatible avec la règle de somme de Bjorken. Nous avons estimé la contribution du spin des quarks au spin du nucléon à DelatSigma = 29 ± 6 % dans le schéma MS barre et à DeltaSigma = 37 ± 7 % dans le schéma AB, à Q2 = 5 GeV2. La contribution du spin des gluons au spin du nucléon semble positive et comprise entre 0 et 2 à cette échelle.

Cette thèse présente un travail relatif à l'étude de la structure en spin longitudinal du nucléon. Le but est de déterminer la contribution des constituants du proton, quarks et gluons, à la formation de son spin 1/2. L'analyse s'appuie sur les données de l'expérience COMPASS qui bénéficie d'un faisceau de muons polarisés à 200 GeV diffusé sur les protons polarisés d'une cible d'ammoniac (NH₃) de 1,2 m de long. On mesure l'asymétrie de spin longitudinal des sections efficaces de diffusion profondément inélastique. On extrait la fonction de structure en spin du proton, g₁p, étendant la couverture cinématique mondiale à des régions inexplorées jusqu'à maintenant (0,0036 < x < 0,57; 1,03 < Q² (GeV/c)² < 96 et 23 < W² (GeV/c)² < 320). Les résultats, d'une grande précision statistique, sont inclus dans une analyse des données mondiales de g₁p, g₁d et g₁n (proton, deutéron et neutron) au 2ème ordre de QCD afin de paramétrer les distributions de quarks et de gluons polarisés. L'étendue de la couverture cinématique en x et Q² des données mondiales de g₁, un élément déterminant pour la sensibilité à la polarisation des gluons ΔG, s'avère trop limitée pour constituer une extraction précise de celle-Ci. Néanmoins, l'analyse QCD permet de déterminer la contribution du spin des quarks au spin du proton à 0.26<ΔΣ<0.33 à Q² = 3 (GeV/c)² dans le schéma MSbar. L'étude montre que l'incertitude principale sur ΔΣ est liée au choix des formes fonctionnelles utilisées dans la régression des données. Enfin, la règle de somme de Bjorken, qui constitue un test de QCD, est vérifiée avec une précision de 9% en utilisant les données de COMPASS uniquement. / The work presented in this thesis is related to the study of the longitudinal spin structure of the nucleon. The aim is to determine the contribution to the spin 1/2 of the proton in terms of its constituents, quarks and gluons. The analysis is performed on the data taken with the COMPASS experiment, which benefits from a polarised muon beam at 200 GeV scattered off polarised protons from an ammonia target of 1.2 m long. The double longitudinal spin asymmetry of deep inelastic scattering cross-Section. The spin-Dependent structure function of the proton g₁p is derived from these measurements, which extend the kinematic world coverage to unexplored region so far (0,0036 < x< 0,57; 1,03 < Q² (GeV/c)² < 96 and 23 < W² (GeV/c)² < 320).The results obtained with a high statistical precision are included in a Next-To-Leading order QCD analysis of world g₁p, g₁d and g₁n (proton, deuteron and neutron) data to parametrise the polarised quark and gluon distributions. The g₁ world coverage of the x and Q² kinematic domain, which is a key point in the sensitivity to the gluon polarisation ΔG, turns out to be too limited for an accurate ΔG determination. Nevertheless, the QCD analysis allows to determine the quark spin contributions to the proton spin to 0.26<ΔΣ<0.33 at Q² = 3 (GeV/c)² in the MSbar scheme. The dominant uncertainty on ΔΣ is related to the choice of functional forms assumed in the fit. Finally, the Bjorken sum rule, which constitutes a fundamental test of QCD, is verified on the COMPASS data alone with a precision of 9%.