Le modèle standard, bien qu’étant la théorie la plus complète et précise jamais conçue, mène toutefois à plusieurs problèmes et questions non résolues, tels le problème de la hiérarchie ou de l’origine de la masse des neutrinos. Parmi les solutions avancées, les plus populaires sont sans doute les théories de grande unification et l’ajout de la supersymétrie. L’inclusion simultanée de ces deux extensions du modèle standard semble d’ailleurs encouragée par l’unification des constantes de couplage. Toutefois, briser la supersymétrie constitue un obstacle de taille à la réalisation de modèles réalistes et nécessite donc l’introduction d’un secteur caché, découplé du modèle standard. Le présent mémoire a pour objectif de tester une unification totale du secteur caché et du modèle standard supersymétrique minimal unifié sous la bannière des théories supersymétriques pleinement unifiées. Pour délimiter l’étude de tels modèles, deux hypothèses sont posées : le mécanisme de brisure de supersymétrie du secteur caché est le mécanisme Intriligator-Seiberg-Shih et les brisures de symétrie jaugée surviennent par un mécanisme de Higgs avec un potentiel quartique. Un théorème no-go est par la suite démontré, stipulant qu’il est impossible d’avoir une théorie supersymétrique pleinement unifiée soumise à ces deux conditions. / The Standard Model, while being the most complete and precise theory ever built, possesses many flaws for which several solutions exist. Among the most popular are the Grand Unified Theories and supersymmetry. The introduction of both extensions simultaneously yields an even more elegant solution, since the coupling constants of the Minimal Supersymmetric Standard Model seems to converge into one unique point. However, the challenge that supersymmetry breaking represents is an obstacle to realistic model building and forces the need to break supersymmetry in a new sector, decoupled from the Minimal Supersymmetric Standard Model. This memoir aims to resolve this problem by suggesting the complete unification of the decoupled sector with the Minimal Supersymmetric Standard Model under the denomination Fully Supersymmetric Grand Unified Theories. To begin the study of such models, two assumptions are made: the supersymmetry breaking mechanism is the Intriligator-Seiberg-Shih mechanism, and the symmetry breaking mechanism is the Higgs mechanism with a quartic potential. Then, a no-go theorem is proved, showing that it is impossible to have a Fully Supersymmetric Grand Unified Theory for which these two conditions are satisfied.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'applications de la théorie des cordes dans deux domaines de la physique fondamentale : la physique des particules et la cosmologie. Le principe unificateur de nos deux travaux est l'utilisation en théorie des cordes du mécanisme, initialement introduit en théorie des champs, de brisure spontanée de (super)symétrie.<br /><br />Nous commençons par une présentation générale de la théorie des cordes, principalement focalisée sur les concepts que nous manierons.<br />Nous introduisons ensuite notre premier travail, dans lequel nous exhibons une dualité de l'espace des vides des théories de supercordes hétérotiques N=1, qui relie les représentations spinorielles et vectorielles du groupe de grande unification. <br />Dans un second travail, nous nous intéressons cette fois à la modélisation par la théorie des supercordes d'une évolution cosmologique à température non nulle et en présence d'une échelle de brisure de supersymétrie. Nous donnons également des arguments pour une stabilisation des divers modules de compactification.

Les théories de grande unification sont une extension possible au modèle standard. Elles impliquent l'existence d'un boson de jauge neutre supplémentaire, le Z'. L'étude des paramètres de ce boson dans le canal électronique, notamment la mesure de sa largeur, nécessite une bonne uniformité et une bonne résolution du calorimètre électromagnétique. La première partie de cette thèse, consiste en l'étude de la réponse de la partie tonneau du calorimètre électromagnétique d'ATLAS à un faisceau d'électrons de 245 GeV. La mesure de son uniformité a représenté la majeure partie de ce travail. Pour faire cette mesure, une recherche des canaux à problème dans le calorimètre a été faite et des corrections permettant de prendre en compte différents effets liés au détecteur et de considérer tous les événements enregistrés ont été développées. Dans la deuxième partie, j'ai étudié le potentiel d'ATLAS dans l'étude du Z' se désintégrant en leptons et plus particulièrement en électrons. Une étude de la cinématique et des bruits de fond a tout d'abord été faite. Cette analyse a porté sur les possibilités de différencier les modèles de grande unification possibles, et sur la possibilité de découvrir le Z', pour des masses allant de 1 TeV à 4 TeV.

Cette thèse présente plusieurs aspects de l'interaction entre la physique des hautes énergies et la cosmologie. Elle étudie en détail les prédictions d'une classe de théories de physique des particules au-delà du Modèle Standard concernant la formation des défauts topologiques (cordes cosmiques en particulier). Ce cadre de travail permet aussi de définir des modèles d'inflation bien motivés qui sont eux aussi étudiés. Dans le cadre des théories de Grande Unification supersymétrique, on construit une classe de modèles en accord avec la phénoménologie de la physique des particules et les observations de la cosmologie. Ces modèles doivent en particulier être en accord avec les mesures sur la durée de vie du proton, doivent expliquer les oscillations des neutrinos, et l'asymétrie matière/antimatière. Une phase d'inflation hybride doit, par ailleurs, permettre de résoudre les problèmes de la cosmologie. Dans ce cadre motivé, la généricité de la formation des cordes cosmiques est démontrée. Ces cordes sont stables et génériquement formées à la fin de la dernière phase d'inflation. Cela montre qu'elles sont très massives et ont un rôle potentiellement important dans la génération des fluctuations de température du fond diffus cosmologique. Comme les observations cosmologiques indiquent une rôle faible voire négligeable, cela contraint fortement les modèles théoriques. <br /><br />Une étude de la contribution relative de ces cordes cosmiques aux anisotropies de température pour les deux modèles standards d'inflation hybride supersymétrique permet de montrer qu'ils sont tous deux en accord avec les observations, contrairement à ce que l'on pensait. Les contraintes fortes sur la contribution admissible des cordes aux CMB se traduisent alors en contraintes fortes sur tous les paramètres des modèles inflationnaires : constantes de couplage et échelle d'énergie de l'inflation. A la lumière de ces nouvelles contraintes, il devient possible de s'exprimer quant à l'aspect naturel de ces théories. On montre ainsi qu'ils souffrent de la nécessité d'ajuster finement leurs constantes de couplage : ceci est définitivement reconnu comme non naturel.<br /><br />La contrainte sur la phase inflationnaire est aussi étudiée du point de vue de l'extraction de ses paramètres à partir des données d'expériences futures d'observation de la polarisation du CMB. Des outils statistiques permettant de mesurer les paramètres cosmologiques et d'estimer l'erreur sur ces estimations sont numériquement implémentés. L'effet de lentille gravitationnelle sur ces outils est ensuite étudié analytiquement et numériquement. Cela permet de valider l'approximation usuelle qui consiste à négliger l'effet de lentille sur la non gaussianité des données du CMB, à travers leur fonction de corrélation à quatre points.

Le sujet de la présente thèse porte sur la recherche de nouvelles particules très massives se désintégrant en une paire électron-positron avec le détecteur CMS.<p>Le démarrage en 2010 du Large Hadron Collider au CERN marque le début d'une nouvelle ère en physique des particules. L'énergie et l'intensité de ses faisceaux de protons, inégalées à ce jour, offre en effet la possibilité d'étudier les lois décrivant les constituants ultimes de la matière et leurs interactions à des énergies jusqu'alors inaccessibles et d'étudier des processus rares. <p>La découverte récente par les expériences ATLAS et CMS du boson scalaire prédit par la théorie de la brisure de symétrie électro-faible constitue ainsi la première percée du programme de recherche du LHC et confirme la théorie actuelle décrivant la physique subatomique, le Modèle Standard. <p>Il est cependant largement admis que cette théorie, bien que hautement prédictive et jamais mise en défaut expérimentalement jusqu'à présent, ne constitue qu'une approximation à basse énergie d'une théorie plus fondamentale. <p>Cette thèse décrit la recherche de nouvelles particules, prédites par plusieurs modèles au delà du Modèle Standard, via leur désintégration en une paire électron-positron de haute énergie. <p>La reconstruction et la sélection des électrons de haute énergie par le détecteur CMS sont des éléments centraux de cette analyse et sont étudiées en détail. Divers critères sont développés afin de distinguer les électrons des autres types d'objets physiques produits lors de collisions de protons, tels que les jets. L'intensité des faisceaux du LHC est telle que plusieurs collisions ont lieu simultanément dans le détecteur et il est montré que l'efficacité de sélection des électrons dépend fortement du nombre de ces interactions. Une technique est donc mise au point pour corriger cet effet. <p>Une méthode pour mesurer l'efficacité de la sélection directement sur les données est également développée. Celle-ci permet de confirmer les mesures obtenues à partir de simulations, jusqu'à des impulsions transverses de plusieurs centaines de GeV. <p>Le spectre de masse des paires diélectron est établi pour les données enregistrées en 2012 à une énergie dans le centre de masse des protons de 8 TeV, et un excès localisé d'événements est recherché. Aucune déviation significative par rapport au bruit de fonds attendu n'est observée et des limites très contraignantes sont établies sur le rapport de la section efficace de production d'une nouvelle résonance diélectronique et de celle mesurée au pic du boson Z. Ces résultats sont utilisés pour fixer des limites inférieures sur la masse de nouvelles particules prédites par certains modèles. <p>Le redémarrage du LHC en 2015 avec une énergie de 6.5 TeV par faisceau de proton élargira fortement le potentiel de découverte de ces résonances. En cas de découverte d'un signal, ses propriétés (telles que le spin ou l'asymétrie avant-arrière) seront étudiées avec attention. Des projections sur la précision qui pourrait alors être atteinte pour ces mesures sont donc finalement présentées en fonction de la luminosité intégrée collectée. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished