Cette thèse s'intéresse à la recherche et à l'identification de nouveaux bosons neutres qui décroissent en deux électrons dans le détecteur ATLAS. Le Large Hadron Collider du Cern sera capable de produire des collisions de partons à une énergie correspond au seuil de production de Z' prédis dans un grand nombre de modèles théoriques. Cette particule pourrait alors être observée par le détecteur ATLAS. L'étude d'un Z' se décompose en deux parties, la mise en évidence d'une nouvelle résonance puis l'identification du type de particule et de la théorie sous-jacente. Si la découverte se fait en recherchant un déviation entre les prédictions du modèle standard et les données expérimentales, il est indispensable de s'intéresser à la phénoménologie du Z' pour contraindre les modèles théoriques. Ainsi, afin d'estimer le potentiel de découverte d'un Z' à ATLAS, la distribution en masse invariante diélectron a été étudiée pour différents modèles spécifiques de dimensions supplémentaires ou des modèles de grande unification. Pour conduire ces analyses, une paramétrisation qui rend compte de la forme du spectre indépendamment du modèle théorique a été développée. Les potentiels de découverte de Z' de grande unification ainsi obtenus ont été officiellement approuvés par la collaboration ATLAS et publiés. Au delà de ce travail d'estimation des potentiels de découverte, une analyse basée sur le spectre en rapidité a également été effectuée. Elle a permis de quantifier l'intérêt de cette observable pour la discrimination des modèles théoriques prédisant de nouvelles résonances de spin 1.

Le boson de Higgs est l'une des particules elementaires predites par le modele standard, et la seule pas encore observee experimentalement. La recherche de la particule de Higgs est l'objectif premier de nombreuses experiences à haute energie au cours des dix dernieresannees. Selon le modele standard, les bosons W, Z0 bosons obtiennent leurs masses de la brisure spontanee de la symetrie du vide par le mecanisme de Higgs, tandis que les fermions obtiennent leurs masses par couplage de Yukawa avec le boson Higgs. Ce couplage est une des plus importantes proprietes du Higgs et permet de distinguer si il est de type modele standard ou non. Le Grand Collisioneur de Hadron (Large Hadron Collider ou LHC) au CERN est un collisionneur proton-proton avec une energie dans le centre de masse de 14 TeV. ATLAS est un detecteur de particules de type generaliste situe aupres d'un des points de collision du LHC. Le debut de la prise des donnees est prevue pour cet ete. Les principaux objectifs de physique de l'experience ATLAS sont les recherches du boson de Higgs, de particules SUSY et les mesures de precision electro-faibles. Utilisant des donnees Monte-Carlo ATLAS CSC (Computing System Commissioning) en simulation complµete du canal t¹tH;H ! WW, cette these presente une etude de la mesure du couplage de Yukawa du quark top pour une lumisosite integree de 30fb 1 dans la gamme de masses du boson de Higgs allant de 120 a 200GeV=c2. Pour la premiµere fois, les effets du systeme de declenchement, de l'empilement des evenements, ainsi que de toutes les erreurs systematiques possibles ont ete extensivement etudies. Pour une masses du Higgs de 160GeV=c2, en incluant toutes les erreures systematiques, la signicance obtenue du signal est superieure µa 2¾ en combinant les etats naux a deux et trois leptons. Le rapport d'embranchement combine ¾ t¹tH BrHWW peut atteindre une precision de 47 % et donner des informations importantes sur le couplage de Yukawa du quark top. C'est la premiere etude du canal t¹tH;H WW en simulation detaillee du detecteur ATLAS, incluant une etude complete et detaillee des erreurs systematiques. La partie la plus dicile de l'analyse de t¹tH;H WW est d'extraire le signal du bruit de fond abondant car la section efficace du signal est seulement 0:1% de celle du bruit de fond tt. En outre, le signal presente un etat final complexe d'au moins quatre jets, deux leptons et deux neutrinos qui rendent tres diffcile la reconstruction du spectre de masse du Higgs. L'isolation leptonique est un des moyens les plus importants pour supprimer le bruit de fond reductible. Cette these developpe une procedure dediee d'isolation en cone permettant de supprimer le bruit principal t¹t par un facteur 5. L'incertitude sur l'echelle d'energie leptonique est l'une des principales sources d'incertitude systematique pour cette analyse t¹tH;H WW. Une bonne linearite de reponse pour des electrons de tres basses energies (VLE) permettrait d'ameliorer la performance de l'estimation de l'echelle d'energie des electrons. Cette these comprend egalement une etude de la linearite de la reponse à des electrons VLE avec des donnees de tests en faisceau combine (CTB) d'un secteur du detecteur ATLAS. Une premiere methode basee sur l'utilisation, evenement par evenement, de chambreà fils proche du faisceau est presentee. Puis une autre methode est etudiee par simulation Monte-Carlo. Elle est basee sur l'utilisation d'un etalonnage s'appuyant sur une constante de calibration obtenue par une aggregation des energies par graine multiple de 5 par 5. Les resultats de simulation de cette methode permettent d'envisager une amelioration future de la linearite de reponse à des electrons VLE.

Le Modèle Standard de la physique des particules postule l'existence d'un champ doublet scalaire de Higgs, qui après brisure de symétrie électro-faible, donne lieu à la présence d'une particule scalaire neutre, le boson de Higgs. Les recherches directes par les expériences LEP imposent une masse de ce boson, s'il existe, supérieure à 114.5 GeV. Les mesures électro-faibles de précision, quant à elles, contraignent la masse du boson de Higgs, dans le Modèle Standard, à être inférieure à 144 GeV (95 % C.L.). Dans ce domaine de masse, la désintégration du boson de Higgs en deux photons est un des canaux les plus importants pour la recherche de ce boson dans le détecteur ATLAS. Ici, nous évaluons la possibilité d'étudier la production associée avec un boson Z ou W. Elle bénéficie d'un bon rapport signal sur bruit de fond et offre donc le potentiel d'être utilisé pour augmenter la signifiance statistique d'une possible découverte. Les processus de production associée permettront également la mesure des couplages du boson de Higgs aux bosons de l'interaction faible.

Le sujet de ma thèse recouvre deux aspects. En premier lieu, l'objectif était d'étudier et d'améliorer les méthodes de calcul à une boucle pour les corrections radiatives dans le cadre des théories de champs perturbatives. En second lieu, l'objectif était d'appliquer ces techniques pour calculer les effets dominants des corrections radiatives electrofaibles au processus important de production de Higgs associé à deux quarks bottom au LHC (Large Hadron Collider) du CERN. L'étude concerne le Higgs du Modèle Standard. <br /><br />Le premier objectif est d'importance plutôt théorique. Bien que la méthode générale pour le calcul à une boucle des corrections radiatives dans le modèle standard soit, en principe, bien compris par le biais de la renormalisation, il y a un certain nombre de difficultés techniques. Celles-ci sont liées aux intégrales de boucle. Pour les processus avec plus de 4 particules externes, les expressions d'amplitude obtenues en utilisant la méthode d'analyse sont <br />extrêmement lourdes et très difficiles à manipuler. Dans cette thèse, nous avons étudié ce problème et réalisé que tout le calcul peut être facilement optimisé si l'on utilise la méthode des amplitudes d'hélicité. Un autre problème est lié aux propriétés analytiques des intégrales scalaires. Une partie importante de cette thèse est consacrée à ce problème et à l'étude des équations de Landau. Nous avons trouvé des effets significatifs en raison de singularités de Landau dans le processus de production de Higgs associé à deux quarks bottom au LHC.<br /><br />Le deuxième objectif est d'ordre pratique avec des conséquences expérimentales. On peut résumer les résultats obtenus dans cette thèse comme suit. Si la masse du Higgs est d'environ 120GeV, la correction au premier ordre dominant est petite de l'ordre d'environ -4%. Si la masse de Higgs est d'environ 160GeV, seuil de production d'une paire de W par le Higgs, les corrections électrofaibles bénéficient du couplage fort du Yukawa du top et sont amplifiées par la singularité de Landau conduisant à une importante correction d'environ 50%.

L'origine de la brisure de la symétrie électrofaible est une des questions qui reste en suspens en ce début de XXIe siècle. Imaginé dans les années 60, le mécanisme de Higgs offre une solution théorique à ce problème tout en prédisant une nouvelle particule, le boson de Higgs, non encore découverte à ce jour.<br />Celui-ci a été recherché avec le détecteur D0 auprès du collisionneur hadronique Tevatron dont l'énergie dans le centre de masse est de 1.96 TeV. Le canal d'analyse choisi est $ZH\to\nunub\bbb$.<br />Afin de mener à bien cette recherche, une optimisation des conditions de déclenchement spécifiques aux signaux dont l'état final est constitué de jets et énergie transverse manquante a été effectuée. De plus, un outil a été mis au point pour en mesurer les efficacités.<br />Une détermination précise de l'énergie des jets est également un ingrédient indispensable de cette recherche. Une méthode a donc été développée afin de corriger les jets simulés des différences d'échelle d'énergie, de résolution en énergie et d'efficacité de reconstruction entre les données et la simulation.<br />L'analyse des données, effectuée avec une luminosité intégrée de 2.1 fb$^{-1}$, n'a pas permis de mettre en évidence un signal. Pour un boson de Higgs de masse égale à 115 GeV, une limite à 95\% de niveau de confiance a été déterminée sur la section efficace multipliée par le rapport de branchement de $(p\bar{p}\to H(Z/W))\times(H\to b\bar{b})$. Elle est 7.5 fois plus grande que la valeur prédite par le Modèle Standard.

Depuis le démarrage du Run IIa du Tevatron en 2001, l'expérience DØ enregistre les produits de collisions p¯p à une énergie dans le centre de masse de 1,96TeV. Tout d'abord, les travaux de développement d'une carte électronique pour le système de déclenchement de niveau 2 de DØ sont présentées. Ces cartes ont été installées en 2003 et fonctionnent parfaitement depuis cette date. Les performances de la reconstruction de l'énergie transverse manquante (/ ET) sont ensuite décrites. Cette quantité est importante en collisionneur de hadrons notamment pour les recherches de nouvelles particules. Enfin, les squarks et les gluinos, partenaires supersymétriques des quarks et des gluons, seraient les particules supersymétriques les plus abondamment produites au Tevatron si leur masse est suffisamment faible. Ces particules ont été recherchées dans 0,96 fb-1 de données enregistrées par DØ lors du Run IIa. L'état final considéré est celui composé de jets et d'une grande énergie transverse manquante. Les nombres d'événements observés sont en bon accord avec les prédictions du modèle standard. Des limites inférieures à 95% de niveau de confiance sur la masse des squarks et des gluinos ont été obtenues dans le cadre du modèle mSUGRA. Les contributions à d'autres analyses des données de DØ sont également décrites. Ces analyses sont la recherche des leptoquarks de première génération et des squarks dans la topologie jets+t(s)+/ ET . La possibilité d'interpréter les résultats des analyses jets+/ ET dans un modèle "Little Higgs" est alors discutée.

En l'absence d'évidence expérimentale directe de superpartenaires, il est essentiel de contraindre l'espace des paramètres du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) aux échelles de la brisure de la Supersymétrie et électrofaible. <br />Après une brève introduction à la Supersymétrie (SUSY), nous présentons une analyse extensive des contraintes électrofaible, de basse énergie et cosmologiques dans des modèles de supergravité minimale (mSUGRA) et de brisure de Supersymétrie par médiation de jauge (GMSB). Nous incluons la possibilité de violation non-minimale de la saveur (NMFV) et définissons des scénarios ``benchmark'' basés sur des ``scans'' détaillés de l'espace des paramètres. <br />Ensuite, nous considérons l'annihilation d'une paire de neutralinos en une paire de quark-antiquark qui domine dans de larges régions de l'espace des paramètres dans les modèles mSUGRA. Nous présentons le calcul complet incluant des corrections à une boucle en QCD et SUSY-QCD de ces processus et montrons numériquement que les diagrammes à une boucle ont un impact non négligeable sur la section efficace d'annihilation. En conséquence, la prédiction de densité relique de matière noire reçoit des corrections importantes, ce qui résulte en une modification de la région cosmologiquement favorisée dans l'espace des paramètres.<br />Finalement, nous présentons des expressions analytiques et des prédictions numériques pour des sections efficaces de production de squarks, jauginos et gravitinos au LHC dans les modèles GMSB avec NMFV. Nous discutons également la phénoménologie du mélange de saveur et les implications cosmologiques sur la masse du gravitino dans ce contexte.

Le mécanisme de Higgs fournit au Modéle Standard une théorie de l'origine de la masse des bosons de jauge et des fermions élémentaires. Le boson de Higgs n'a pas encore été découvert, mais une limite inférieure à sa masse a été posée à 114,4 GeV à 95% de niveau de confiance par les collaborations Lep. La recherche du Higgs continue maintenant au Tevatron, un collisionneur proton - anti-proton d'énergie dans le centre de masse de 1,96TeV. À basse masse le canal le plus sensible est la production associée d'un Higgs avec un boson W. Une analyse a été conduite dans le canal de désintégration dans lequel le Higgs donne une paire bb et le W se désintègre en un muon et un neutrino sur 1 fb-1 de données du Run II enregistrées par le détecteur DØ. L'analyse s'appuie sur tous les sous-systèmes du détecteur, tout particulièrement sur le calorimètre qui est un élément essentiel pour la reconstruction du système bb. Une bonne trajectographie et un réseau de neurones d'identification des jets de b fournissent un étiquetage des b performant, ce qui est crucial pour cette analyse. La résolution en énergie des jets étant de première importance lorsqu'on recherche une résonance de deux jets, un travail d'amélioration de la calibration en énergie des jets qui présentent un muon et un neutrino dans leur chaîne de désintégration a également été conduit. L'analyse WH est effectuée sur des évènements à topologie de type W + 2 jets et W + 3 jets. Des évènements contenant un muon, de l'énergie transverse manquante et deux ou trois jets sont sélectionnés ; les jets sont ensuite étiquetés selon leur saveur. Les canaux simplement et doublement étiquetés sont analysés séparément afin d'obtenir une sensibilité plus importante. L'introduction d'une séparation signal / bruit de fond par réseau de neurones a également permis d'augmenter la sensibilité. Cette recherche d'un boson de Higgs standard a été effectuée pour une masse du Higgs s'étalant entre 100 et 150 GeV. Des limites supérieures sur la section efficace de production multipliée par le rapport d'embranchement sont calculées. Pour une masse du Higgs de 115 GeV, la limite supérieure est de 2,00 pb à 95% de niveau de confiance dans le canal WH to munubb et de 1,37 pb si l'on combine les canaux WH to munubb et WH to enubb, à comparer à la valeur théorique de 0,136 pb. Ces résultats ont été soumis pour publication et sont utilisés dans la combinaison globale des analyses de recherche du Higgs par les collaboration Cdf et DØ.

En septembre 2008 le LHC livrera ses premières collisions proton-proton. Auprès du LHC, l'expérience ATLAS est conçue pour explorer un large éventail de phénomènes et traquer les signes de nouvelle physique, qui pourraient se manifester lors de ces interactions. Ainsi, dans le cadre des extensions supersymétriques du Modèle Standard, le boson de Higgs le plus léger pourrait être produit dans les cascades de désintégrations de particules supersymétriques. Nous étudions la possibilité d'observer de tels événements avec le détecteur ATLAS. Tout d'abord, nous examinons la capacité d'ATLAS à mesurer l'énergie manquante due au passage des particules supersymétriques qui échappent à la détection. Ensuite, nous montrons que, pour certaines régions de l'espace des paramètres du modèle de Supergravité Minimale, compatibles avec les dernières recherches au LEP, le plus léger boson de Higgs peut être découvert avec moins de 10 fb^(-1). Ces résultats sont compétitifs avec les canaux standard de production du Higgs. Nous étudions aussi la possibilité de mesurer des quantités liées aux masses et aux couplages des particules supersymétriques impliquées dans ce processus. Enfin, à partir de ces mesures, nous utilisons l'outil SFitter pour réaliser un ajustement global des paramètres du modèle supersymétrique sous-jacent, en montrant ainsi la validité de cette procédure pour contraindre les interprétations théoriques des futures données du LHC.

Les désintégrations semileptoniques du charme permettent une validation des calculs de QC D sur réseau grace à la mesure de facteurs de forme hadroniques qui décrivent l'effet de l'interaction forte dans ces réactions.<br />La précision de ces calculs joue un role crucial dans l'amélioration des tests du modèle standard dans le domainde des saveurs. Cette thése présente une etude du canal Ds+ --> K+K- e+ nu_, utilisant 214 fb-1 de données collectées par l'expérience Babar. Pour les évènements ayant une masse K+K- dans l'intervalle entre 1.01 et 1.03 GeV/c2, le phi to K+K- est le canal dominant. En utilisant le modèle des poles simples pour paramétrer la dépendance en q2 des facteurs de forme V(q2), A1(q2) et A2(q2), les rapports suivant sont mesurés à q2=0 : r_V=V(0)/A_1(0)=1.868 +/- 0.061 +/- 0.079, r_2=A_2(0)/A_1(0)=0.763 +/- 0.072+/-0.062.<br />La masse du pole du facteur de forme axial-vecteur est egalement obtenue: m_A=(2.30^{+0.24}_{-0.18}\pm0.21) GeV.c2. Dans le meme intervalle de masse, le rapport d'embranchement relatif au canal Ds+ -> phi pi+, est mesuré, et la normalisation absolue du facteur de forme A1(0) en est déduite: A_1(q^2=0) = 0.605 +/- 0.012 +/- 0.018 +/- 0.018. Les erreurs mentionnées correspondent aux incertitudes statistique, systématique et à celle due aux mesures exterieures à cette analyse. <br />Enfin, le systeme K+K- en onde S, pouvant etre issu du f_0, est etudié à travers son interférence avec le phi. Une composante d'onde S est observée dans ce canal pour la première fois à plus de 5 sigma.