Astronomical observation suggests the existence of near-extreme Kerr black holes in the sky. Properties of diffeomorphisms imply that dynamics of the near-horizon region of near-extreme Kerr are governed by an infinite-dimensional conformal symmetry. This symmetry may be exploited to analytically, rather than numerically, compute a variety of potentially observable processes. In this thesis we compute the gravitational radiation emitted by a small compact object that orbits in the near-horizon region and plunges into the horizon of a large rapidly rotating black hole. We study the holographically dual processes in the context of the Kerr/CFT correspondence and find our conformal field theory (CFT) computations in perfect agreement with the gravity results. We compute the radiation emitted by a particle on the innermost stable circular orbit (ISCO) of a rapidly spinning black hole. We confirm previous estimates of the overall scaling of the power radiated, but show that there are also small oscillations all the way to extremality. Furthermore, we reveal an intricate mode-by-mode structure in the flux to infinity, with only certain modes having the dominant scaling. The scaling of each mode is controlled by its conformal weight. Massive objects in adiabatic quasi-circular inspiral towards a near-extreme Kerr black hole quickly plunge into the horizon after passing the ISCO. The post-ISCO plunge trajectory is shown to be related by a conformal map to a circular orbit. Conformal symmetry of the near-horizon region is then used to compute analytically the gravitational radiation produced during the plunge phase. Most extreme-mass-ratio-inspirals of small compact objects into supermassive black holes end with a fast plunge from an eccentric last stable orbit. We use conformal transformations to analytically solve for the radiation emitted from various fast plunges into extreme and near-extreme Kerr black holes. / Physics

This dissertation describes a model-agnostic search for new resonant phenomena decaying to two jets (dijets) in 3.6 fb-1 of proton-proton collisions at center-of-mass energy sqrt(s)=13 TeV. The collisions were produced by the Large Hadron Collider and recorded by the ATLAS detector in 2015. A dijet invariant mass spectrum is examined for local excesses above a data-driven background estimation accounting for Standard Model production. No statistically significant excess is observed. New physics models are excluded at 95% credibility-level for quantum black holes with production mass thresholds below 5.3 TeV, 8.1 TeV, and 8.3 TeV for three different production scenarios and for excited quarks of masses less than 5.2 TeV. Furthermore, limits are provided on generic Gaussian signal shapes for additional generalization of the 2015 dijet resonant analysis search results. / Physics

This dissertation presents the observation and measurement of the Higgs boson in the H→ WW*→ ℓνℓν channel at √s = 7 TeV and √s = 8 TeV and a search for Higgs pair production in the HH→ bb̄bb̄ channel at √s = 13 TeV with the ATLAS detector in pp collisions at the Large Hadron Collider. First, the discovery of a particle consistent with the Higgs boson in 4.8 fb−1 at √s = 7 TeV and 5.8 fb−1 at √s = 8 TeV is discussed. Then, the measurement of the Higgs boson signal strength and cross section in both the gluon fusion and vector boson fusion (VBF) production modes using 20.3 fb−1 of √s = 8 TeV data combined with 4.8 fb−1 of 7 TeV data is shown. The combined signal strength is measured to be µ = 1.09−0.21+0.23. The total observed significance of the H → WW∗ process is observed to be 6.1σ (with 5.8 σ expected). Advanced methods for background reduction and estimation, particularly in same-flavor lepton final states, are shown. The VBF signal strength is measured to be µVBF = 1.27−0.45+0.53 with an observed significance of 3.2σ (with 2.7 σ expected). In the VBF channel, a selection requirement based method, the precursor to the final multivariate technique used for the result, is detailed. Finally, a search for Higgs pair production in the bb̄bb̄ final state with 3.2 fb−1 at √s = 13 TeV is presented. A particular focus is placed on a tailored signal region for resonant production of Higgs pairs at high masses. No significant excesses are observed, and upper limits on cross sections are placed for spin-2 Randall Sundrum gravitons (RSG) and narrow spin zero resonances. The cross section of σ(pp → GKK* → hh → bbbb) with k/MPl=1 is constrained to be less than 70 fb for masses in the range 600 < mGKK* < 3000 GeV. The cross section upper limits for σ(pp → H → hh → bbbb) range from 30 to 300 fb in the mass range of 500 < mH < 3000 GeV. / Physics

L'étude présentée ici vise à déterminer la relation fonctionnelle existant entre la densité de grains de la trace d'une particule chargée dans l'émulsion nucléaire et le rapport p/mc de cette particule, ou p est la quantité de mouvement, m la masse et c la vitesse de la lumière. L'étude est menée a l'aide des émulsions, de type FUJI ET-7B, exposé dans le cadre de l'expérience E-531 (FNAL), ou se trouvaient réunies des émulsions nucléaires et des détecteurs électroniques, les densités de grains provenant des premières et les quantités de mouvement et les masses des seconds. La relation fonctionnelle observée peut être théoriquement expliquée en termes de deux effets électrodynamiques : la perte d'énergie par ionisation et le rayonnement de transition. Un accord quantitativement satisfaisant ne peut toutefois être obtenu qu'en introduisant dans la modélisation une fonction de résolution pour l'émulsion nucléaire, permettant de tenir compte des caractéristiques du processus photographique. Les modèles de perte d'énergie de Sternheimer (la perte d'énergie restreinte et la perte d'énergie la plus probable), qui ne permettent pas d'inclure une telle fonction, s'avèrent en désaccord, au plan quantitatif, avec les résultats expérimentaux. Un modelé, adapte des travaux de Fano et d'Allison, Bunch et Cobb en particulier, s'accorde avec les résultats expérimentaux si l'on ne tient compte, par le biais de la fonction de résolution, que des transferts d'énergie supérieurs à 90 eV et inférieurs à 1,4 keV. Dans le cas du rayonnement de transition, une fonction de résolution différente est requise, ou ne sont retenus que les transferts d'énergie s'étendant d'environ 450 eV jusqu'à 1,4 keV. La différence dans la fonction de résolution pour les deux effets électrodynamiques peut légitimement être expliquée par le fait qu'il s'agit de deux rayonnements actiniques différents.

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Cette these decrit le travail effectue dans l'emulsion nucleaire pour l'experience E-531 qui avait pour but de mesurer les temps de vie des particules charmees. Les plaques d'emulsion ont ete exposees au faisceau de neutrinos produit par l'interaction de protons de 400 GeV avec une cible de BeO au Fermi National Accelerator Laboratory. Les evenements neutrinos trouves ont ete analyses et les candidats charmes identifies. Un evenement en particulier a ete etudie en profondeur. Il s'agit de la desintegration par interaction faible d'une particule neutre qui n'a pu etre reconstruite en un $D\sp0$. Apres l'essai de plusieurs hypotheses, l'interpretation la plus probable pour l'evenement est celle qui implique la production et la desintegration d'une particule contenant un quark beaute et probablement aussi un quark etrange (le meson $B\sbsp{s}{0}$). Le temps de vie de cette particule d'une etrange beaute serait d'environ 10$\sp{-12}s$. Les distributions de pseudorapidites provenant des evenements neutrino sont analysees a l'aide de moments factoriels. Ces moments manifestent une variation en loi de puissance en fonction de la resolution de la pseudorapidite. Ce comportement est appele intermittence et peut etre caracterise par l'exposant d'echelle $\nu$ qui possede des qualites universelles. La valeur obtenue pour les interactions neutrino-emulsion, $\nu$ = 1.84 $\pm$ 0.14, est plus elevee que pour toute autre interaction. Ceci est le reflet d'un processus dynamique autosimilaire base sur des mecanismes de cascade. L'etude multifractale, effectuee a l'aide des dimensions generalisees et des moments $G\sb{q}$ de Hwa, corrobore cette observation.

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