It was recently proposed that modifications to physics at trans-Planckian energies could lead to a non-adiabatic evolution of the scalar fluctuations responsible for the temperature anisotropy of the cosmological microwave background. If such a possibility was to be confirmed, it would provide us the first possibility to ever get experimental measurements of the physics near the Planck scale. This work investigates the physicality of such non-adiabatic evolutions, by avoiding the introduction of any exotic physics, by working well below the Planck scale. Simple 'hybrid-like' models of inflation composed of an inflaton field coupled to another heavy scalar will be used. It will be shown that small oscillations in the heavy scalar field can generate a non-adiabatic evolution of the inflationary vacuum leading to new features in the power spectrum that could eventually be observed. The naturalness of this non-adiabaticity is also studied, leading to a constraint about the maximum duration of inflation if these effects are to be big enough to ever be detectable.

Recently, the ideas of extra dimensions and brane world scenarios have captured considerable interest. The potential ability of these brane-based models to explain the gauge hierarchy problem and the cosmological constant problem has been examined in numerous recent papers (on these subjects). In the first part of this thesis we examine many aspects of warped brane world scenarios, focusing on the Randall-Sundrum model. We begin with the stability issue of the Randall-Sundrum model and its cosmological implications. We will specifically verify that the Randall-Sundrum scenario; once stabilized, will reproduce the late-time conventional cosmology. In further studies, the possibility of providing a very small cosmological constant, in accordance with recent observations, is examined in the context of the warped brane world scenario. We also show that the "self-tuning" mechanism of the cosmological constant problem does not improve in the brane world models and the unnatural fine-tuning mystery of the cosmological constant problem remains unexplained. In the second part of this thesis some cosmological implications of the tachyon are examined. In particular, a mechanism is presented to take advantage of a time-varying tachyonic background to convert the energy of the tachyon to radiation at the end of inflation.

VERITAS consists of an array of four 12 m imaging atmospheric telescopes, designed to observe very high energy (VHE) gamma-ray emission between 100 GeV and 30 TeV. In this thesis, galactic compact objects, observed with the VERITAS telescopes, will be presented. Magnetars are highly magnetized neutron stars. Three magnetars were observed by VERITAS: 4U 0142+61, 1E 2259+586 and SGR 0501+4516. No significant gamma-ray emission was observed during the quiescent phase. These results support the current magnetar models, which do not predict any VHE emission. No data were acquired during outburst activity. Magnetar observations during outburst are now part of the VERITAS burst alert program. It is now known that X-ray binaries can emit in the TeV regime. There is no clear correlations with physical properties that could indicate with certainty which ones are TeV emitters. Data on 15 X-ray binaries were retrieved from VERITAS archival data. No gamma-ray emission was observed from any of the systems. Due to the differences between the systems studied and the three known TeV emitters, no conclusions could be made on the physical properties that might be responsible for TeV emission. The SS 433 system, hosting a black hole (BH), exhibits two powerful jets. TeV emission has been predicted from near the BH and from the regions where the jets hit the surrounding medium. VERITAS acquired ~19 h of data on the system, allowing analyses at the BH and at the region where the western jet interacts with the surrounding medium (w2). No significant gamma-ray emission was observed. From the results at the black hole position, constraints were put on a theoretical model of emission. In the case of the w2 region, an excess, lower than the canonical detection level of 5 sigma, was observed. This excess is not attributed yet to gamma-ray emission; more data are required to confirm or refute the excess as a gamma-ray signal. If the excess is treated as a statistical fluctuation, the upp / VERITAS est un réseau de quatre télescopes Cherenkov à imagerie de 12 m, conç cu pour l'observation de rayons gamma entre 100 GeV et 30 TeV. Dans cette thèse, plusieurs objets compacts galactiques, observés par VERITAS, seront présentés. Les magnétars sont des étoiles à neutron fortement magnétiques. Trois magnétars ont été observés par VERITAS: 4U 0142+61, 1E 2259+586 et SGR 0501+4516. Aucune émission de rayons gamma n'a été détectée. Ces résultats supportent les modèles théoriques actuels, qui ne prédisent aucune émission à ces énergies. Aucune donnée n'a été enregistrée pendant un épisode de sursaut d'activité. L'observation de magnétars pendant un sursaut fait maintenant partie du programme d'alerte de sursauts de VERITAS. Il est maintenant connu que les binaires à rayons X peuvent émettre dans le régime des TeV. Il n'y a cependant pas de corrélations claires entre les propriétés physiques de ces objets qui pourraient indiquer avec certitude les propriétés responsables de l'émission à très haute énergie. Des données sur 15 binaires à rayons X ont été retirées des archives de VERITAS. Aucune émission gamma n'a été détectée dans ces sytèmes. Aucune conclusion n'a pu être tirée sur les propriétés physiques qui pourraient être responsables de l'émission gamma, due aux trop grandes différences entre les systèmes étudiés et les trois systèmes émettant dans les TeV. Le système SS 433, comprenant un trou noir (TN), présente deux puissants jets. L'émission de rayons gamma a été prédite près du TN et dans les régions où les jets entrent en contact avec le matériel environnant. VERITAS a obtenu ~19 h de données sur le système, permettant l'analyse à la position du TN et à l'endroit où le jet ouest interagit avec le matériel environnant (w2). Aucune émission gamma n'a été détectée à aucun des endroits. Les résultats à la position du TN ont permis de mettre des contraintes sur

The ability to compare results between Monte Carlo and data is imperative in modern experimental high-energy physics analyses. The b-tagging efficiency Scale Factor (SF) allows for an accurate comparison of b quark identification in data samples and Monte Carlo. This thesis presents a simultaneous measurement of the SF for the SecVtx algorithm and the t t production cross section using 5.6 fb⁻¹ of pp̄ collision data at √s = 1.96 TeV collected by the Collider Detector at Fermilab (CDF) experiment. The t t cross section was measured to be 7.26±0.47 pb, consistent with prior CDF analyses. The tight SF value was measured to be 0.925±0.032 and the loose SF value was measured at 0.967±0.033. These are the most precise SF SecVtx measurements to be performed at CDF to date. / Il est essentiel, chez les expériences modernes de physique des hautes énergies, de pouvoir comparer les résultats obtenus des cacluls Monte Carlo aux résultats provenant de données expérimentales. Le facteur d'échelle de l'efficacité du «b-tagging» (FE) permet de faire une comparaison légitime entre l'identification des b quarks dans des échantillons de données et des échantillons de Monte Carlo. Cette thèse présente une mesure simultanée du FE (pour l'algorithme SecVtx) et de la section efficace de la production de ttbarre, utilisant 5.6 fb^{-1} de données de collision ppbarre à √s = 1.96 TeV. Ces données furent accumulées par l'expérience «Collider Detector at Fermilab» (CDF). La section efficace de la production de ttbarre fut établie à 7.26±0.47 pb, une valeur en accord avec les mesures antécédentes du collaboration CDF. La valeur du FE serré fut établie à 0.925±0.032 et 0.967±0.033 pour celle du SF lâche. Celles-ci représentent, à date, par rapport à la précision, les meilleures mesures du FE de SecVtx faites à l'expérience CDF.

We present a sensitivity study on the search for J/ψ → νν̄ in B^± → K^*± J/ψ using data from the BABAR experiment at the SLAC National Accelerator Laboratory. The decay is highly suppressed in the Standard Model and thus is a possible window for new physics such as supersymmetry and dark matter. Hadronic tag reconstruction is employed for the analysis, where one B is fully reconstructed using hadronic decay modes. The remaining tracks and clusters are attributed to the signal B on which the B^± → K^*± J/ψ cut-based signal selection is applied. The associated K^* is allowed to decay via two modes, Mode 1: K^*± → K⁰s π^± and Mode 2: K^*± → K^± π⁰. The approach is to reconstruct a K^*± candidate, the only signature in a signal event, and calculate the recoiling mass. The data is left blinded in the signal region and only a range of the branching fraction limits is calculated to determine the sensitivity. The result for Mode 1 is an upper limit, at the 90% confidence level, on B( J/ψ → νν̄) of 9.13 × 10⁻² using the Barlow method and 11.10 × 10⁻² using the Feldmann-Cousins method. The upper limit for Mode 2, also at the 90% CL, is estimated to be 2.49 × 10⁻² and 2.98 × 10⁻² using Barlow and Feldmann-Cousins respectively. The branching fractions thus yield a sensitivity of order 10⁻². Although the result is not an improvement on the current J/ψ → νν̄ limits, this method can be extended to other cc quarkonium modes and could further yield a much better result with data from the newly approved SuperB experiment, the extension of BABAR to higher luminosities. / Nous présentons une étude de sensibilité sur la recherche de \jpsi \to \nunub dans \Bpm \to \jpsi \Kstarpm en utilisant les données de l'expérimentation \babar{} du Centre de l'accélérateur linéaire de Stanford. La radioactivité est hautement supprimée dans le modèle standard et offre donc de nouvelles opportunités physiques telles que la supersymétrie et la matière noire. Une reconstruction hadronique fut employée pour l'analyse, où un \B fut totalement reconstruit en utilisant les modes de transformations hadroniques. Les pistes et regroupements restants furent attribu\'s au signal de \B sur laquelle une sélection de signal coupée à la base fut appliquée. Le \Kstar associé est capable de se transformer en deux modes, Mode 1: \Kstarpm \to \KS \pipm et Mode 2: \Kstarpm \to \Kpm \piz. L'approche est de reconstruire un candidat \Kstar, la seule signature d'un signal, et de calculer la masse de recul. La donnée est invisible dans la région du signal et seulement un intervalle des embranchements fractionnaires est calculé pour déterminer la sensibilité. Le résultat pour Mode 1 est une limite supérieure, avec un intervalle de confiance de 90\%, sur \BR(\jpsi \to \nunub) de 9.13 $\times 10^$ en utilisant la méthode de Barlow et de 11.10$\times 10^$en utilisant celle de Feldmann-Cousins. Le résultat pour Mode 2, aussi avec un intervalle de confiance de 90\%, est calculé à 2.49$\times 10^$ et 2.98$\times 10^$ en utilisant Barlow et Feldmann-Cousin respectivement. Les fractions d'embranchements ont donc une sensibilité de l'ordre de $10^$. Bien que ce n'est pas une amélioration des limites actuelles de \jpsi \to \nunub, cette méthode peut être étendue à d'autres modes quarkonium \ccbar et pourrait aboutir à de meilleurs résultats avec les données de SuperB, une nouvelle expérimentation améliorée de \babar offrant un niveau de luminosité plus supérieur.

In this thesis, we study the effects of massless higher spin fields in three-dimensional gravity with a negative cosmological constant. First, we introduce gravity in Anti-de Sitter (AdS) space without the higher spin gauge symmetry. We recapitulate the semi-classical analysis that outlines the duality between quantum gravity in three dimensions with a negative cosmological constant and a conformal field theory onthe asymptotic boundary of AdS3. We review the statistical interpretation of the black hole entropy via the AdS/CFT correspondence and the modular invariance of the partition function of a CFT on a torus. For the case of higher spin theories in AdS3 we use those modular properties to bound the amount of gauge symmetry present. We then discuss briefly cases that can evade this bound. / Cette thèse s'intéresse à la gravitation en trois dimensions avec une constante cosmologique négative, et en particulier aux effets des champs de masse nulle dont le spin est plus grand que deux. Les interactions gravitationelles dans l'espace Anti-de Sitter (AdS) sont d'abord décrites sans la symétrie de jauge additionnelle. Nous présentons l'analyse semi-classique qui met en lumière la dualité holographique entre la gravitation quantique en trois dimensions avec une constante cosmologique négative et une théorie conforme des champs (CFT) sur la frontière asymptotique de l'espace AdS3. Grâce à cette correspondance AdS/CFT et à l'invariance sous les transformations modulaires de la fonction de partition d'une théorie conforme décrite sur un tore, nous réexaminons l'interprétation statistique de l'entropie des trous noirs. Nous appliquons ensuite ces propriétes modulaires aux théories gravitationelles avec l'invariance de jauge des spins entiers plus grand que deux, et démontrons ainsi une limite sur le spin maximal présent dans l'espace AdS3. Quelques remarques s'ensuivent sur certains cas particuliers pouvant se soustraire à cette limite.

The strong coupling constant alpha_S is measured in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV using 38 pb^−1 of data recorded by the ATLAS detector. An inclusive jet production ratio distribution is used to reduce parton distribution functions dependence and measure the coupling strength at energy scales between 100 GeV and 1.5 TeV. The value of the strong coupling constant alpha_S(MZ) is measured to be 0.111^+0.016_−0.012, in agreement with similar measurements performed at hadron colliders and the world average value. Results are also consistent with the running of the coupling as predicted by Quantum Chromodynamics, tested for the first time at energy scales greater than 209 GeV. / La constante de couplage des interactions fortes est mesurée à partir de collisions protons-protons effectuées à une énergie de centre de masse de 7 TeV et enregistrées par le détecteur ATLAS. Un rapport de probabilité de production inclusive de jets est utilisé afin the mesurer la valeur du couplage à différentes énergies allant de 100 GeV à 1.5 TeV, tout en minimisant l'impact des densités de partons. La valeur de la constante de couplage (alpha_S(MZ)) mesurée est de 0.111^+0.016_−0.012, en accord avec les résultats obtenus par des expériences similaires, ainsi qu'avec la moyenne mondiale. Ces résultats sont également compatibles avec l'évolution de la constante de couplage, telle que prédite par la chromodynamique quantique. Ces prédictions de variations sont testées pour la première fois à des échelles d'énergies supérieures à 209 GeV.

The study of the Early Universe raises some of the most fundamental questions in theoretical physics. This thesis explores three main aspects of early universe cosmology. The first part discusses alternatives to the Big Bang scenario which is the current paradigm of cosmology. Namely, it discusses bouncing universe models where the initial Big Bang singularity is replaced by a finite size universe. After reviewing the necessary cosmology background in the introduction, we show a specific model of a bouncing universe that contains additional "Lee-Wick fields", partners to the standard fields. In particular we prove that a Lee-Wick matter bounce is unstable when one adds radiation to matter. In the second part of this thesis, we consider particle production via parametric resonance during preheating, at the end of cosmological inflation. Specifically, we prove that in the case of a speed-limited inflaton, non-canonical kinetic terms used to described any effective Lagrangian do not enhance particle production. Finally, the last topic involves topological defects during the Quantum Chromodynamics phase transition. Namely, we study cosmic strings coming from pionfields present in the Standard Model of particle physics and find a mechanism to stabilize them. We show how a thermal bath of photons reduces the effective vacuum manifold to a circle and thus allows the presence of topologically stable pionstrings. / L'etude de l'Univers primordial adresse quelques-unes des questions les plus fondamentales de la physique theorique. Cette these a pour objet l'exploration de trois aspects principaux de la cosmologie primordiale. Dans un premier temps, nous discutons d'une alternative au paradigme scientique qu'est le modele du Big Bang. A savoir, nous explorons un model d'univers a rebond qui evite la singularite initiale du Big Bang. Nous commencerons dans l'introduction par revoir les elements de base necessaires a la comprehension de la cosmologie. A la suite de quoi, nous montrerons un modele specifique d'Univers a rebond contenant des champs additionnels particuliers en complements des champs présents habituellement. Ces nouveaux champs proviennent de ce qui s'appelle le modele "Lee-Wick" de la physique des particules. En particulier, nous prouvons qu'un univers a rebond dans ce contexte est instable lorsque l'on ajoute une composante de radiation en plus de la matiere. Dans la seconde partie, nous considérons la production de particules via un phenomene de resonance parametrique durant la phase de "prechauffement", a la fin de l'inflation cosmologique. Plus précisément, nous prouvons que dans le cas ou l'inflaton a une limite de vitesse, les termes cinetiques non-canoniques d'écrivant n'importe quel Lagrangien effectif n'améliorent pas la production de particules. Finalement, le dernier sujet abordé concerne les défauts topologiques pendant la transition de phase de la chromodynamique quantique. A savoir, nous etudions les cordes cosmiques provenant des champs de pions presents dans le modele standard de la physique des particules et trouvons un méchanisme pour les stabiliser. Nous prouvons alors qu'un bain thermique de photons en contact avec ces cordes reduit la variete du vide a un cercle. Cela a pour effet d'autoriser la presence de "cordes pioniques" topologiquement stables.

This thesis outlines developments towards a new analysis and search technique for heavy resonances in angular distributions of photon+jet final states for the 2012 data set from the ATLAS detector on the LHC. In particular, a new angular variable tailored to the photon+jet channel was defined which distinguishes between background and expected signals, the corresponding angular observable sensitivity was optimized using ATLAS excited quark samples and JetPhox MC samples, and an optimal mass binning scheme was derived from the measured mass resolution. Ongoing work is being done to publish the analysis. / La présente thèse aborde le développement d'une nouvelle analyse et technique de recherche pour des resonances massives dans les distributions angulaires des états finaux dits photon+jet parmi les données récoltées en 2012 parle détecteur ATLAS du LHC. Une nouvelle variable angulaire développée sur mesure pour le canal photon+jet a d'ailleurs été définie afin de pouvoir distinguer le bruit de fond du signal plus efficacement. La sensitivité de cette observable a été optimisée en utilisant des échantillons Monte Carlo de quarks excités ainsi que du programme JetPhox. Une classification optimale en terme de masse a aussi été dérivée à partir de la mésure de la résolution de masse. Des travaux sont en course afin de publier l'analyse.

The jet energy scale and resolution of the forward calorimeters of the ATLAS detector are two important measurements for physics analyses dependent on missing transverse energy measurements and jet tagging efficiencies. This thesis investigates the validity of the current calibration or jet energy scale of the ATLAS forward calorimeters in the pseudorapidity region of 3.6< | eta | <4.6 using the di-jet balance method. The jet energy resolution is also investigated for this region using the same technique. This analysis was applied to the data collected from proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 7 TeV in 2010, which corresponds to a total integrated luminosity of approximately 35 inverse picobarns. It is shown that the current jet energy scale is clearly not satisfactory and needs to be corrected. Correction factors for the jet energy scale are derived and shown to considerably improve the overall calibration. The jet energy resolution is also shown to have a stochastic term of (180 +38/-16)% square-root of GeV/c for 2-jet events and (210 +48/-71)% square-root of GeV/c for the 3 or more jet events. / L'échelle en énergie des jets et la résolution en énergie des calorimètres vers l'avant du détecteur ATLAS constituent deux mesures importantes pour les analyses de physique qui dépendent de l'énergie transversale manquante et de l'ecacité d'identication des jets. Cette thèse étudie la validité de la présente calibration qui détermine l'échelle en énergie des calorimètres vers l'avant d'ATLAS dans la région de pseudorapidité 3.6< | eta | <4.6 en utilisant la technique des balance des di-jets. La résolution en énergie des jets est aussi étudiée dans cette région en utilisant la même technique. Cette analyse est faite pour les données recueillies en 2010 pour des collisions proton-proton à une énergie du centre de masse de 7 TeV, correspondant à une luminosité intégrée totale d'environ 35 picobarns inverses. Il y est démontré que l'échelle en energie des jets utilisée en ce moment est loin d'être satisfaisante et se doit dêtre corrigée. Les facteurs de correction pour l'échelle en énergie des jets sont donc calculés, démontrant une amélioration considérable de la calibration générale. La résolution en énergie des jets est alors déterminée, indiquant un terme stochastique de (180 +38/-16)% racine carrée de GeV/c pour les événements à 2-jets et (210 +48/-71)% racine carrée de GeV/c pour les événements à 3 ou plus jets.