L'expérience T2K, construite au Japon, est une expérience d'oscillations de neutrinos à base longue. Dans cette expérience, les paramètres décrivant ce phénomène quantique, et plus particulièrement l'angle de mélange theta13, sont mesurés en utilisant un faisceau de neutrinos muoniques produit par un accélérateur de particules. Dans cette thèse, des résultats obtenus à partir des données prises pendant la première année de fonctionnement de l'expérience sont présentés. Après avoir présenté la théorie de l'oscillation quantique des neutrinos, et l'expérience en elle-même, nous nous concentrons sur le détecteur proche sur axe de T2K, INGRID. Nous présentons les études de calibration de ce détecteur, qui ont permis de montrer qu'il fonctionnait correctement, et de façon stable dans le temps. Nous présentons ensuite les mesures réalisées sur le faisceau de neutrinos, pour déterminer sa direction et sa forme dans le plan transverse. Le second objet de cette thèse est un nouveau détecteur, le Module Proton, qui fut la première modification ajoutée au détecteur INGRID. Ce nouveau module a vocation à étudier plus précisément les interactions quasi élastiques se produisant sur l'axe du faisceau. Nous présentons les motivations physiques ainsi que les études de conception qui ont mené à sa construction. Dans la dernière partie de cette thèse, nous présentons les premiers résultats obtenus à partir de données prises par ce module, qui donnent une idée des possibilités offertes par ce nouveau détecteur pour étudier le faisceau de neutrinos de l'expérience T2K.

En 2008, le futur collisionneur du CERN, le Large Hadron Collider (LHC), commencera à récolter les données issues des collisions entre protons à l'échelle du TeV, dans le but de comprendre la brisure de la symétrie électro-faible. Un grand nombre de réactions incluant de nombreuses particules dans l'état final doit être étudié avec précision. Ces possibilités de découverte du LHC ne pourront être pleinement exploitées que si le bruit de fond de la Chromodynamique Quantique est bien maîtrisé. Parmi les réactions comprenant plus de quatre particules, la production associée d'une paire de bosons de jauge faible (W, Z) associée à un jet constitue un des bruits de fond pour la recherche du boson de Higgs au LHC. Il est important de calculer cette réaction à l'approximation dite "au-delà des logarithmes dominants", qui consiste à ajouter à l'ordre dominant le plus bas les deux contributions suivantes : la correction virtuelle (c'est un calcul d'amplitudes à une boucle) et l'émission réelle (c'est un calcul d'amplitudes à l'arbre mais avec un parton de plus dans l'état final). Des expressions analytiques suffisamment compactes pour être évaluées numériquement ont été obtenues et sont en parfait accord avec les résultats de deux autres groupes de recherche indépendants. Quant à l'émission réelle, toutes les contributions ont été évaluées à l'aide de programmes de génération automatique d'amplitudes à l'arbre. Ainsi, nous sommes en mesure de présenter des prédictions précises concernant les corrections à l'ordre supérieur de la section efficace totale de cette réaction au LHC.

<p>This thesis represents an attempt to reveal and explain the mysterious excitation sources which cause global wave induced vibrations of ships. The wave induced vibrations of the hull girder are referred to as springing when they are associated with a resonance phenomenon, and whipping when they are caused by a transient impact loading. Both phenomena excite the governing vertical 2-node mode and possibly higher order modes, and consequently increase the fatigue and extreme loading of the hull girder. These effects are currently disregarded in conventional ship design. The thesis focuses on the additional fatigue damage on large blunt ships.</p><p>The study was initiated by conducting an extensive literature study and by organizing an international workshop. The literature indicated that wave induced vibrations should be expected on any ship type, but full scale documentation (and model tests) was mainly related to blunt ships. While the theoretical investigation of whipping mostly focused on slender vessels with pronounced bow flare, full scale measurements indicated that whipping could be just as important for blunt as for slender ships. Moreover, all estimates dealing with the fatigue damage due to wave induced vibration based on full scale measurements before the year of 2000 were nonconservative due to crude simplifications. The literature on the actual importance of the additional fatigue contribution is therefore scarce.</p><p>The workshop was devoted to the wave induced vibrations measured onboard a 300m iron ore carrier. Full scale measurements in ballast condition were compared with numerical predictions from four state-of-the-art hydroelastic programs. The predicted response was unreliable, and the programs in general underestimated the vibration level. The excitation source was either inaccurately described or lacking. The prediction of sea state parameters and high frequency tail behavior of the wave spectra based on wave radars without proper setting and calibration was also questioned. The measurements showed that vibrations in ballast condition were larger than in the cargo condition, the vibration was more correlated with wind speed than wave height, head seas caused higher vibration levels than following seas, the vibration level towards beam seas decayed only slightly, and the damping ratio was apparently linear and about 0.5%. The additional vibration damage constituted 44% of the total measured fatigue loading in deck amidships in the North Atlantic iron ore trade, with prevailing head seas encountered in ballast condition.</p><p>Four hypotheses, which may contribute to explain the high vibration levels, were formulated. They include the effect of the steady wave field and the interaction with the unsteady wave field, amplification of short incident waves due to bow reflection, bow impacts including the exit phase and sum frequency excitation due to the bow reflection. The first three features were included in a simplified program to get an idea of the relative importance. The estimates indicated that the stem flare whipping was insignificant in ballast condition, but contributed in cargo condition. The whipping was found to be sensitive to speed. Simplified theory was employed to predict the speed reduction, which was about 5kn in 5m significant wave height. The estimated speed reduction was in fair agreement with full scale measurements of the iron ore carrier.</p><p>Extensive model tests of a large 4-segmented model of an iron ore carrier were carried out. Two loading conditions with three bow shapes were considered in regular and irregular waves at different speeds. By increasing the forward trim, the increased stem flare whipping was again confirmed to be of less importance than the reduced bottom forces in ballast condition. The bow reflection, causing sum frequency excitation, was confirmed to be important both in ballast and cargo condition. It was less sensitive to speed than linear springing. The second order transfer function amplitude displayed a bichromatic sum frequency springing (at resonance), which was almost constant independent of the frequency difference. The nondimensional monochromatic sum frequency springing response was even higher. The sum frequency pressure was mainly confined to the bow area. Surprisingly, for the sharp triangular bow with vertical stem designed to remove the sum frequency effect, the effect was still pronounced, although smaller. The reflection of incident waves did still occur.</p><p>In irregular head sea states in ballast condition whipping occurred often due to bottom bilge (flare) impacts, starting with the first vibration cycle in hogging. This was also observed in cargo condition, and evident in full scale. This confirmed that the exit phase, which was often inaccurately represented or lacking in numerical codes, was rather important. Flat bottom slamming was observed at realistic speeds, but the vibratory response was not significantly increased. Stern slamming did not give any significant vibration at realistic forward speeds.</p><p>The fatigue assessment showed that the relative importance of the vibration damage was reduced for increasing peak period, and secondly that it increased for increasing wave heights due to nonlinearities. All three bows displayed a similar behavior. For the sharp bow, the additional fatigue damage was reduced significantly in steep and moderate to small sea states, but the long term vibration damage was less affected. The effect of the bulb appeared to be small. The contribution of the vibration damage was reduced significantly with speed. For a representative North Atlantic iron ore trade with head sea in ballast and following sea in cargo condition the vibration damage reduced from 51% at full speed to 19% at realistic speeds. This was less than measured in full scale, but the damping ratio of 1-3.5% in model tests was too high, and the wave damage in following seas in cargo condition was represented by head sea states (to high wave damage due to too high encounter frequency). Furthermore, the contribution from vibration damage was observed to increase in less harsh environment from 19% in the North Atlantic to 26% in similarWorld Wide trade. This may also be representative for the effect of routing. The dominating wave and vibration damage came from sea states with a significant wave height of 5m. This was in agreement with full scale results. In ballast condition, the nonlinear sum frequency springing appeared to be more important than the linear springing, and the total springing seemed to be of equivalent importance as the whipping process, which was mainly caused by bottom bilge (flare) impacts. All three effects should be incorporated in numerical tools.</p><p>In full scale, the vibration response reached an apparently constant level as a function of wave height in both ballast and cargo condition in head seas. This behaviour could be explained by the speed reduction in higher sea states. The vibration level in cargo condition was 60-70% of the level in ballast condition. Although common knowledge implies that larger ships may experience higher springing levels due to a lower eigenfrequency, a slightly smaller ore carrier displayed a higher contribution from the vibration damage (57%) in the same trade, explained by about 1m smaller draft. Moreover, the strengthening of the larger ship resulted in a 10% increase of the 2-node eigenfrequency. The subsequent measurements confirmed that an increased hull girder stiffness was not an effective means to reduce the relative importance of the vibration damage.</p><p>The relative importance of the excitation sources causing wave induced vibration may differ considerably for a slender compared to a blunt vessel. Therefore, full scale measurements on a 300m container vessel were briefly evaluated. The damping ratio was almost twice as high as for several blunt ships, possibly due to significant contribution from the container stacks. The reduced relative importance of the vibration damage with increasing wave height for the iron ore carrier in full scale was opposite to the trend obtained for the container vessel. Less speed reduction in higher sea states was confirmed, and the whipping process was apparently relatively more important for the container vessel. Both for the blunt and slender ship of roughly 300m length, the total fatigue damage due to vibration was of similar importance as the conventional wave frequency damage. The contribution to fatigue damage from wave induced vibrations should be accounted for, for ships operating in harsh environment with limited effect of routing, especially when they are optimized with respect to minium steel weight.</p><p>The four hypotheses were all relevant in relation to wave induced vibrations on blunt ships. Further numerical investigation should focus on the sum frequency springing caused by bow reflection and the whipping impacts at the bow quarter. The wave amplification, steady wave elevation and the exit phase must be properly incorporated. When it comes to design by testing, an optimized model size must be selected (wall interaction versus short wave quality). The speed must be selected in combination with sea state. The wave quality must be monitored, and a realistic damping ratio should be confirmed prior to testing. For the purpose of investigating sum frequency excitation, a large restrained bow model tested in higher waves may be utilized to reduce uncertainties in the small measured pressures.</p>

Ce document présente le travail effectué au sein de l'expérience BABAR ainsi qu'une étude phénoménologique sur l'interprétation des mesures de physique du B reliées au triangle d'unitarité. L'électronique de lecture du détecteur Cherenkov de BABAR, le DIRC, et en particulier, le convertisseur temps-numérique conçu au LPNHE sont décrits. Deux résultats majeurs de la collaboration BABAR sont également présentés : la mesure du paramètre sin2β dans les modes b → ccs qui a permis la mise en évidence de la violation de CP dans le domaine des B en 2001 et l'étude des asymétries CP dans le canal B0 → π+π−. Les contraintes sur le triangle d'unitarité, provenant de mesures dans le système K0K0, des désintégrations semi-leptoniques des B, des paramètres d'oscillation BB sont en excellent accord avec celles de sin2β et α.

Produits lors des collisions dures proton-proton initiales, les photons prompts sont un outil interessant pour etudier la ChromoDynamiqueQuantique perturbative (pQCD) en collisions proton-proton, comme celles ayant lieu aupres du Large Hadron Collider (LHC) du CERN. De plus, les photons de grande energie transverse fournissent des informations essentielles sur les fonctions de distribution partoniques (PDF) a l'interieur du proton. Pour les mesurer, il est necessaire de s'affranchir des nombreuses autres sources de photons qui existent en plus des photons prompts, particulierement du large bruit de fond provenant des photons de decroissance du pi0. EMCAL (ElectroMagnetic CALorimeter), le calorimetre de l'experience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) au LHC couvre les rapidites centrales et permet d'ameliorer significativement les capacites d'ALICE a mesurer les photons de grande impulsion transverse. Nous presentons des etudes d'identification des photons, dans EMCAL, en explicitant les methodes developpees pour les separer des photons du pi0, a l'aide de coupures d'isolement.

La recherche d'un boson de Higgs léger dans le canal H --> gamma gamma dans l'expérience ATLAS nécessite d'excellentes performances du calorimètre électromagnétique et une bonne compréhension des bruits de fond. Ce travail de thèse s'articule donc autour de deux points. Le premier concerne le fonctionnement et les performances du calorimètre électromagnétique. D'abord, des développements sont apportés au code de reconstruction online des calorimètres à Argon liquide, et ses algorithmes sont validés, ce qui inclut un contrôle des données en ligne. Ensuite, deux mesures indépendantes de l'uniformité du calorimètre électromagnétique tonneau sont réalisées, l'une avec les muons cosmiques et portant sur une couverture effective d'environ 20% du calorimètre, et l'autre avec les événements pi0 --> gamma gamma dans les premières collisions à sqrt(s) = 7 TeV, avec une luminosité intégrée de L = 414.8 μb−1. La mesure sur les muons montre que les non-uniformités dans la direction eta sont inférieures à 1.0% dans le compartiment milieu et 1.7% dans le compartiment avant, à 95% de niveau de confiance. Avec les pi0, ces résultats sont améliorés et aboutissent à une dispersion de la réponse entre données et simulation inférieure à 0.7% dans les trois cryostats (tonneaux et bouchons), ce qui est au niveau des performances attendues au démarrage. Le deuxième axe de cette thèse concerne l'extraction de paires non-résonnantes de photons. Deux méthodes sont présentées. La première est une double mesure de pureté utilisant une extrapolation du bruit de fond à partir de régions enrichies en bruit de fond vers une région de signal. La seconde méthode est basée sur une matrice d'efficacités de taille 4x4, entièrement déterminée par la simulation et appliquée événement par événement. Ces méthodes sont appliquées aux données de collision, correspondant à une luminosité intégrée de L = 2.82 pb−1. Un signal di-photons direct de 108.6 ± 19.5 (stat.) ± 34.5 (syst.) avec une pureté de (65.1 ± 8.6 (stat.) ± 8.7 (syst.))% est extrait.

Le LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) à Genève est le plus grand accélérateur pour la physique des particules. Les collisions proton-proton à des energies dans le centre de masse pouvant aller jusqu'à 14 TeV qui seront produites au LHC vont offrir la possibilité de s'intéresser aux questions les plus fondamentales en Physique. L'expérience LHCb est l'une des quatre expériences principales au LHC. Dédiée aux études de physique du b, le but principal de l'expérience LHCb est d'explorer d'éventuels modèles de Nouvelle Physique au-delà du Modèle Standard à travers l'étude des désintégrations rares des hadrons charmés ou beaux, et à travers des mesures de précision des observables de la violation de CP. Même lors de sa phase de fonctionnement initial, un nombre important de J/ψ va être collecté par le détecteur LHCb et va nous permettre de réaliser des études très intéressantes sur la production du charmonium. Ces mesures pourront apporter un éclairage nouveau pour la compréhension des mécanismes de production des quarkonia dans les collisions de hadrons. Dans cette thèse, les études de la production de J/ψ à LHCb est presentée, basée sur un échantillon d'événements Monte Carlo complétement simulés. La procédure dévelopée dans cette thèse sera utilisée pour analyser les données réelles lorsque suffisamment de statistique sera accumule. L'analyse a été effectuée en utilisant des événements Monte Carlo générés à une énergie dans le centre de masse égale à 14 TeV, et à une luminosité de 2 × 10^32 cm^−2 s^−1 . La taille du lot de données simulées correspond à une luminosité intégrée de 0.79 pb^−1 . Les événements J/ψ sont reconstruits en utilisant des critères de sélection optimisés pour atteindre la meilleure discrimination contre les processus de bruit de fond. L'étude réalisée montre que 6.5 ×10^6 J/ψ peuvent être reconstruits par pb^−1 de données avec une résolution en masse de 11 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B résolution en masse de 11 MeV/c et un rapport signal sur bruit S/B ∼ 18 dans une fenêtre de masse de ±3σ. La section efficace de production des J/ψ prompt et des J/ψ de désintégrations de b est mesurée dans 28 bins en pT et η recouvrant la région 0 < pT < 7 GeV/c et 3 < η < 5. Dans chaque bin, une variable est définie pour distinguer les J/ψ prompt de ceux de désintégrations de b. Pour 0.79 pb−1 de données, une précision de 10% peut être obtenue pour la ma jorité des bins. Les erreurs systématiques sont estimées à un niveau équivalent. L'analyse montre également que la polarisation du J/ψ joue un rôle important dans la détermination de la section efficace. Elle peut contribuer à une erreur systématique jusqu'à 30% dans certains bins. Un tel effet peut être grandement réduit si une analyse de la polarisation du J/ψ est effectuée simultanément. La mesure des paramètres de polarisation aidera aussi grandement pour la compréhension du méchanisme de production du J/ψ. Dans le but de réduire la quantité de données simulées nécessaire pour les estimations d'efficacité, une méthode est dévelopée pour prendre en compte les efficacités 2-D par trois paramètres, et toutes les erreurs à part les erreurs statistiques ne dépendront que de ces trois paramètres. A partir des trois paramètres estimés avec les mêmes données Monte Carlo, les erreurs sur les paramètres de polarisation pour la ma jorité des bins sont d'environ 0.1 pour les J/ψ prompt et d'environ 0.2 pour les J/ψ de désintégrations de b. L'expérience LHCb ayant déjà enregistré 14 nb^−1 de données, une partie de l'analyse peut être effectuée. Environ 3000 candidats J/ψ sont reconstruits avec une résolution en masse de 16 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B ~ 18 dans une fenêtre en masse de ±3σ. En se basant sur cet échantillon, la section efficace en fonction de pT est mesurée. La mesure préliminaire de la section efficace des J/ψ dans la région pT ∈ [0, 9] GeV/c et y [2.5, 4] est 7.6 ± 0.3 µb où seule l'erreur statistique est donnée.

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches résume une partie des travaux que j'ai réalisés ces dix dernières années dans le domaine de la physique des particules au sein d'expériences situées auprès de collisionneurs. Il est organisé en deux parties. La première concerne les réalisations instrumentales liées à la calorimétrie et la seconde résume les recherches du scalaire top, partenaire supersymétrique du quark top.

L'ajout de la supersymétrie au Modèle Standard (MS) de la physique des particules est très bien motivée. Reliant les bosons aux fermions dans un formalisme élégant, la supersymétrie propose une solution naturelle au problème de hiérarchie et permet l'unification des trois constantes de couplages du MS à grande échelle d'énergie. De plus, si la R-parité est conservée, elle fournit un candidat naturel pour expliquer la grande quantité de matière noire observée dans l'univers. Dans le MS supersymétrique minimal, c'est généralement le neutralino, l'un des partenaires supersymétriques des bosons électrofaibles (jauginos) et des bosons de Higgs (Higgsinos), qui se mélangent pour former quatre états propres de masses neutres (neutralinos) et deux chargés (charginos). Après une introduction sur la supersymétrie, nous présentons les formalismes de resommation au seuil et en impulsion transverse. Ensuite, nous considérons la production de paires de jauginos aux collisionneurs hadroniques actuellement en marche, i.e. RHIC, Tevatron et LHC. Nous étudions les effets dus à la polarisation des hadrons initiaux et aux corrections QCD supersymétriques complètes. Finalement, nous appliquons les resommations au seuil et en impulsion transverse à la production de paires de jauginos, et nous montrons qu'elles ont un impact important sur les distributions de masses invariantes et d'impulsion transverses. Tout au long de ces études, nous analysons en détail les erreurs théoriques venant des variations d'échelles et des fonctions de densités de partons.

Le boson de Higgs est le maillon manquant du modele standard de la physique des particules, et il fait l'objet d'intenses recherches au Tevatron. Cette these presente le travail realise pour la recherche du boson de Higgs de basse masse (100-150 GeV) dans le canal ZH ->e+e-b{bar}, avec les donnees du detecteur D0 correspondant a une luminosite integree de 4.2 fb-1. D'abord le cadre theorique et le dispositif experiemental sont decrits. Ensuite mes etudes sont elaborees pour l'identification des electrons, en particulier dans la region d'intercryostat du detecteur. Enfin, l'analyse de la recherche du Higgs est decrite en detail, et les limites sur la section efficace de la production du boson de Higgs sont presentees.