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.

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.

Ce travail de thése concerne la recherche du boson de Higgsa laide de canaux de désinégration contenant des photons dans létat final, baée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, a une énergie dans le centre de masse des collisions proton-proton center-mass-energy et 8 TeV. La sélection deséévenements, les principaux bruits de fond, les propriéés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des ésultats en terme de boson de Higgs du moéle standard sont discués. Dans le canal de désinégration H to gamma+gamma, un excés par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible a une masse mH=126,8 +- 0,2(stat) +- 0,7(syst) GeV et avec une significativité locale de7,4 sigma. En revanche, dans le canal de désinégration rareH to Z+gamma, aucun excés n'est obseré dans la feétre de masse allant de 120 a 150 GeV. Ce résultat est interpéé comme une limiteégalea 11 fois la valeur de la section efficace de production pp to H to Z+gamma prédite par le moéle standard pour une masse du boson de Higgs de mH = 125,5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux engamma+gamma et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du systéme de éclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacréea la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années. / This thesis focuses on the searches for the Higgs boson in events with photons in the final states, using the full proton-proton collision data collected by ATLAS at center-mass-energy of 7 TeV and 8 TeV in 2011 and 2012.Higgs boson decays to photon pairs or to a photon and a Z boson decaying to di-electrons or di-muons are investigated. The event selection, the main backgrounds, the signal properties, and the statistical discrimination between the signal and background in data and the interpretation of the results in terms of a Standard Model Higgs boson are discussed. In the H decays to diphoton channel a clear excess over the background is seen at a mass of mH= 126.8 +- 0.2(stat) +- 0.7(syst) GeV, with a local significance of 7.4 sigma. In the rare decay channel H decays to Z+gamma no evidence of excess over the background is observed in the mass range 120-150 GeV, and, for a Higgs boson mass near the one obtained from the combined mass measurement in the diphoton and 4-lepton final states, mH=125.5 GeV, an upper limit of 11 times the SM prediction, at 95% confidence level, is set on the production cross section times the H to Z+gamma cross section. One of the most important ingredient for these measurements is the efficient reconstruction and identification of photons, and a precise knowledge of the trigger and identification performance. A significant part of the document is thus devoted to the photon performance optimisation and measurement activities that I carried on in the past three years.

Ce travail de thése concerne la recherche du boson de Higgsa laide de canaux de désinégration contenant des photons dans létat final, baée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, a une énergie dans le centre de masse des collisions proton-proton center-mass-energy et 8 TeV. La sélection deséévenements, les principaux bruits de fond, les propriéés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des ésultats en terme de boson de Higgs du moéle standard sont discués. Dans le canal de désinégration H to gamma+gamma, un excés par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible a une masse mH=126,8 +- 0,2(stat) +- 0,7(syst) GeV et avec une significativité locale de7,4 sigma. En revanche, dans le canal de désinégration rareH to Z+gamma, aucun excés n'est obseré dans la feétre de masse allant de 120 a 150 GeV. Ce résultat est interpéé comme une limiteégalea 11 fois la valeur de la section efficace de production pp to H to Z+gamma prédite par le moéle standard pour une masse du boson de Higgs de mH = 125,5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux engamma+gamma et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du systéme de éclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacréea la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années.

Ce travail de thèse concerne la recherche du boson de Higgs à l'aide de canaux de désintégration contenant des photons dans l'état final, basée sur les données enregistrées par le détecteur ATLAS en 2011 et 2012, à une énergie dans le centre de masse des collisions √ proton-proton s = 7 et 8 TeV. La sélection des évévenements, les principaux bruits de fond, les propriétés du signal, la discrimination statistique entre signal et bruits de fond, ainsi que l'interprétation des résultats en terme de boson de Higgs du modèle standard sont discutés. Dans le canal de désintégration H → γγ, un excès par rapport au niveau de bruit de fond est clairement visible à une masse m H = 126, 8 ± 0, 2(stat) ± 0, 7(syst) GeV et avec une significativité locale de 7, 4σ. En revanche, dans le canal de désintégration rare H → Zγ, aucun excès n'est observé dans la fenêtre de masse allant de 120 à 150 GeV. Ce résultat est interprété comme une limite égale à 11 fois la valeur de la section efficace de production pp → H → Zγ prédite par le modèle standard pour une masse du boson de Higgs de m H = 125, 5 GeV, proche de celle mesurée dans les canaux en γγ et en quatre leptons. Une reconstruction et une identification efficace des photons, ainsi qu'une connaissance précise des performances du système de déclenchement et de l'algorithme d'identification, sont des aspects importants de ces mesures. Une grande partie de ce manuscrit est ainsi consacrée à la description de l'optimisation de ces performances et des activités de mesures que j'ai réalisées pendant ces trois années.

Une recherche du boson de Higgs du Modèle Standard produit en association avec un boson W ou Z et se désintégrant en une paire quark-antiquark b a été effectuée avec le détecteur ATLAS. Les données de collisions proton-proton utilisées ont été accumulées durant le Run 2 du Grand Collisionneur de Hadrons du CERN à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV, et correspondent à une luminosité intégrée de 79.8 fb⁻¹. Trois canaux contenant zéro, un ou deux leptons chargés (électrons ou muons) sont considérés, correspondant à chacune des désintégrations leptoniques d'un boson W ou Z: Z->vv, W->lv et Z->ll. Pour un boson de Higgs de masse 125 GeV, un excès d'événements par rapport aux bruits de fonds des autres processus du Modèle Standard est observé avec un niveau de signification statistique de 4.9 déviations standard, à comparer à 4.3 attendues. Le rapport du nombre d'événements observé au nombre attendu est mesuré être 1.16 +0.27/-0.25 = 1.16 +/-0.16(stat) +0.21/-0.19(syst). Ce résultat est combiné avec d'autres d'ATLAS sur la recherche du boson de Higgs se désintégrant dans le mode bbbar, utilisant des données du Run 1 et du Run 2. Le niveau de signification mesuré (attendu) pour ce mode de désintégraion est de 5.4 (5.5) déviations standard, ce qui en constitue la première observation directe. De plus, une combinaison des résultats du Run 2 sur la recherche de la production associée du boson de Higgs et d'un boson W ou Z conduit à un niveau de signification observé (attendu) de 5.3 (4.8) déviations standard, et donc à la première observation de ce mode de production. / A search for the Standard Model Higgs boson produced in association with a W or Z boson, and decaying to a bb pair has been performed with ATLAS detector. The data were collected in proton-proton collisions during Run 2 of the Large Hadron Collider at a centre-of-mass energy of 13 TeV, and correspond to an integrated luminosity of 79.8 fb⁻¹. Three channels containing zero, one and two charged leptons (electrons or muons) have been considered to target each of the leptonic decays of the W or Z boson, Z->vv, W->lv et Z->ll, referred to as as the 0-lepton, 1-lepton and 2-lepton channels, respectively. For a Higgs boson mass of 125 GeV, an excess of events over the expected background from other Standard Model processes is found with an observed significance of 4.9 standard deviations, compared to an expectation of 4.3 standard deviations. The ratio of the measured signal events to the Standard Model expectation equal 1.16 +0.27/-0.25 = 1.16 +/-0.16(stat) +0.21/-0.19(syst). The result is also combined with the other results from the searches for the Higgs boson in the bb 18 decay mode in Run 1 and Run 2, the combination yields an observed (expected) significance of 5.4 (5.5) 20 standard deviations, and therefore provides a direct observation of the Higgs boson decay into a bb pair. In addition, a combination of Run 2 results searching for the Higgs boson produced in association with a W or Z boson yields an observed (expected) significance of 5.3 (4.8) standard deviations, and therefore provides a direct observation of Higgs boson being produced in association with a W or Z boson.

Cette thèse résume une recherche de manifestations de Grandes Dimensions Supplémentaires (GDS, og Large Extra Dimensions fg en anglais) en utilisant 4.91 fb-1 de données enregistrées en 2011 par le détecteur Atlas installé auprès du collisionneur LHC au CERN. En 2011, le LHC a produit des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de sqrt(s)= 7 TeV. Les GDS peuvent potentiellement expliquer une énigme connue sous le nom du problème de la hiérarchie : la grande différence entre l'échelle électrofaible et l'échelle de Planck dans le Modèle Standard (MS). Dans le cadre du modèle ADD (nommé selon les auteurs N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) des GDS, les effets de la gravitation quantique deviennent plus forts que dans le MS; potentiellement suffisamment forts pour être observés au LHC. Il y a deux mécanismes de production de gravitons dans les collisions proton-proton : production directe de gravitons et échange virtuel de gravitons. Dans cette thèse, nous présentons une recherche de dimensions supplémentaires via l'effet de l'échange virtuel de gravitons dans l'état final di-photon. Le spectre de masse invariante des événements di-photon est étudié, et un bon accord entre les données et le bruit de fond prédit par le MS est observé. Nous utilisons deux méthodes pour estimer des limites sur l'échelle de Planck fondamentale du modèle ADD : une expérience de comptage et une analyse de la forme du spectre de masse. L'expérience de comptage donne des limites entre 2.62 et 3.92 TeV à 95% C.L., en fonction du nombre de dimensions supplémentaires et du formalisme théorique utilisé. L'analyse de la forme du spectre de masse donne des limites légèrement plus strictes : la limite inférieure sur l'échelle de Planck fondamentale augmente d'un facteur de 1.04.

Cette thèse résume une recherche de manifestations de Grandes Dimensions Supplémentaires (GDS, og Large Extra Dimensions fg en anglais) en utilisant 4.91 fb-1 de données enregistrées en 2011 par le détecteur Atlas installé auprès du collisionneur LHC au CERN. En 2011, le LHC a produit des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de sqrt(s)= 7 TeV. Les GDS peuvent potentiellement expliquer une énigme connue sous le nom du problème de la hiérarchie : la grande différence entre l'échelle électrofaible et l'échelle de Planck dans le Modèle Standard (MS). Dans le cadre du modèle ADD (nommé selon les auteurs N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) des GDS, les effets de la gravitation quantique deviennent plus forts que dans le MS; potentiellement suffisamment forts pour être observés au LHC. Il y a deux mécanismes de production de gravitons dans les collisions proton-proton : production directe de gravitons et échange virtuel de gravitons. Dans cette thèse, nous présentons une recherche de dimensions supplémentaires via l'effet de l'échange virtuel de gravitons dans l'état final di-photon. Le spectre de masse invariante des événements di-photon est étudié, et un bon accord entre les données et le bruit de fond prédit par le MS est observé. Nous utilisons deux méthodes pour estimer des limites sur l'échelle de Planck fondamentale du modèle ADD : une expérience de comptage et une analyse de la forme du spectre de masse. L'expérience de comptage donne des limites entre 2.62 et 3.92 TeV à 95% C.L., en fonction du nombre de dimensions supplémentaires et du formalisme théorique utilisé. L'analyse de la forme du spectre de masse donne des limites légèrement plus strictes : la limite inférieure sur l'échelle de Planck fondamentale augmente d'un facteur de 1.04. / This thesis summarizes a search for manifestations of Large Extra Dimensions (LED) using 4.91fb-1 of data collected in 2011 by the Atlas detector at the LHC collider at CERN. In 2011, the LHC has provided proton-proton collisions at a center-of-mass energy of sqrt(s) = 7 TeV. LED can potentially solve the so-called hierarchy problem, i.e. large apparent difference between two fundamental scales of the Standard Model (SM), the electroweak and the Planck scales. In the context of the ADD model (named after the authors N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) of LED, the effects of quantum gravity become much stronger than in the SM; possibly large enough to be observed at the LHC. There are two possibilities of graviton production in proton-proton collisions: direct graviton production and virtual graviton exchange. In this thesis, we present a search for the manifestation of extra dimensions via the effect of virtual graviton exchange on the di-photon final state. The di-photon invariant mass spectrum is studied and found to be in good agreement with SM background expectation. We set limits on the fundamental Planck scale of the ADD model using two different methods: a counting experiment and an analysis of the shape of the di-photon mass spectrum. The counting experiment yields limits between 2.62 and 3.92 TeV at 95% CL, depending on the number of extra dimensions and the theoretical formalism used. The shape analysis yields slightly more stringent limits: the lower limits on the fundamental Planck scale improve by a factor of 1.04.