Le détecteur ATLAS, auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), est un détecteur polyvalent destiné à la découverte de nouvelle physique et de phénomènes nouveaux, tout en fournissant également une bonne occasion de comprendre le comportement à haute 'énergie du Modèle Standard (MS), cadre théorique bien établi qui d'écrit les particules élémentaires et leurs interactions sauf la gravité. Le LHC est le plus grand accélérateur de particule au monde conçu pour fournir des collisions frontales proton-proton 'a l'énergie encore jamais obtenue de 14 TeV dans le centre de masse pour une luminosité crée de 1034 cm−2s−1. Le LHC fonctionne aussi en mode ion lourd avec des collisions de noyaux de plomb d'une énergie de 574 TeV (92.0 J) par nucléon (2.76 TeV par paire de nucléon) et une luminosité de 1027 cm−2s−1. Le LHC et ATLAS fonctionnent superbement bien depuis 2008. En 2011, l'expérience ATLAS a recueillie 4.7 fb−1 de données de collision pp 'a 7 TeV et prévois d'enregistrer encore 25 fb−1 de donn'ees 'a 8 TeV d'ici la fin de l'année 2012. Cette thèse présente le mesure des sections efficaces de production W+W− MS et la détermination des couplages triples (TGCs) correspondants en utilisant ces 4.7 fb−1 de données 2011 de collision pp. Ces mesures permettent un test contraignant du secteur électrofaible non abélien SU(2) × U(1) du Modèle Standard; donnent l'opportunité de sonder la nouvelle physique 'a travers les couplages triples anormaux de bosons de jauge (aTGCs) qui seront observés dans la distribution des variables cinématiques des W+W− produits ou de leurs produits de d'désintégration finaux dans le secteur de haute énergie; et permettent d'avoir une bonne compréhension du bruit de fond irréductible dans la recherche du boson de Higgs dans le canal de d'désintégration H ! W+W−. Ces mesures de la production W+W− sont basées sur l'analyse des canaux de désintégration purement leptoniques avec les états finals e e , e μ and μ μ . Les principaux bruits de fond au signal W+W− sont Z+jets, W+jets, top et les autres productions dibosoniques que sont, WZ, ZZ et W/Z+ . Les bruits de fond Z+jets, W+jets et top sont estimés en utilisant des techniques dédiées et orientées données tandis que les bruits des autres canaux di-bosoniques sont estimés à partir de simulation Montevi Carlo. Un total de 1325 candidats sont sélectionnés avec un bruit de fond total estimé à 368.5 ± 60.9. La section efficace correspondante mesurée est 51.9 ±2.0 (stat) ±3.9 (syst) ±0.9 (lumi) pb. Ce résultat est compatible avec la prédiction Next-to-Leading Order (NLO) du Modèle Standard de 44.7+2.1 −1.9 pb et surpasse la précision des résultats des expériences auprès de l'accélérateur Tevatron. Les sections efficaces fiducies de chaque canal sont également mesurées et une première distribution différentielle en impulsion transverse du lepton dominant est extraite. Finalement, les TGCs des vertex WWZ etWW sont explorés en comparant le spectre en impulsion transverse observé dans le signal W+W− pour le lepton dominant aux prédictions théoriques incluant les couplages triples anormaux. Pour une coupure = 6 TeV, une limite de confiance à 95% est donnée sur kZ et Z dans les intervalles [−0.061, 0.093] et [−0.062, 0.065], respectivement (Equal Coupling Scenario). Ces limites sont plus strictes que celles données par les expériences auprès de l'accélérateur Tevatron et compétitives avec celles données par les expériences auprès de l'accélérateur LEP. Ce travail de thèse donne un base solide pour les mesures à venir de la production W+W− avec les 25 fb−1 de luminosité intégrée de données 'a 8 TeV prévue pour la fin 2012, qui conduiront vers une amélioration de la pr'ecision et des limites plus strictes sur les aTGCs.

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.

The main goal of ultrarelativistic heavy-ion collisions is the study of the properties of the matter at very high temperatures and energy densities. Quantum chromodynamics (QCD) predicts in these conditions the existence of a new phase of the matter whose components are deconfined in a Quark-Gluon Plasma (QGP). Heavy quarks (charm e bottom) are produced in the first stages of the collisions, before to interact with the medium. Therefore, the measurement of the quarkonia (cc and bb mesons) is of particular interest for the study of the QGP: their dissociation mainly due to the colour screening is sensible to the initial temperature of the medium. Previous measurements at the SPS and RHIC allowed to understand some characteristics of the system produced, but they also opened many questions. With an energy 14 times higher than RHIC, the LHC (Large Hadron Collider) at CERN opened a new era for the study of the QGP properties. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is the LHC experiment fully dedicated to the study of the Quark-Gluon Plasma produced in Pb-Pb collisions at an energy of 2.76 TeV per nucleon. The experiment also participates to the proton-proton data taking in order to obtain the fundamental reference for the study of ion-ion and proton-ion collisions and for testing the predictions at very small Bjorken-x values of the perturbative QCD. Quarkonia, D and B mesons and light vector mesons are measured at forward rapidity by a Muon Spectrometer exploiting their (di)muonic decay. This detector is composed of a front absorber, a dipole magnet, five stations of tracking (Muon Tracking) and two stations of trigger (Muon Trigger). The work presented in this thesis has been carried out from 2011 to 2013 during the first period of data taking of ALICE. After a detailed introduction of the heavy-ion physics and a description of the experimental setup, the performance of the Muon Trigger in Pb-Pb collisions are shown. A particular attention is devoted to the stability of the detector during the time and to the trigger effectiveness. Moreover, the cluster size, corresponding to the number of adjacent strips hit by a particle, is studied as a function of different variables. The experimental results will be compared to simulations in order to obtain a good parametrization of this phenomenon. Finally, the Ç production in Pb-Pb collisions is carefully analysed and compared to that in pp collisions at the same energy. The results are then compared to the J/ψ measurements obtained by ALICE, to the CMS results and to some theoretical predictions.

Ce document de thèse décrit la recherche des désintégrations en trois corps des mésons beaux neutres qui contiennent un KS ou un pi 0 dans l'état final. Ces événements sont reconstruits au moyen du spectromètre LHCb installé auprès du collisionneur proton-proton LHC, sis au Cern à Genève. La phénoménologie des ces modes est riche et couvre la possibilité de mesurer tous les angles du triangle d'Unitarité de la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) qui décrit les amplitudes de transition par courant chargé faible entre quarks. Une illustration portant sur la mesure de l'angle gamma est développée dans ce document plus en détail. L'accélérateur LHC et les éléments utiles du spectromètre LHCb sont rapportés en mettant l'accent sur le travail conduit au cours de cette thèse sur l'étalonnage et l'alignement du détecteur de pieds de gerbe du calorimètre électromagnétique. Nous avons construit une méthode de calibration du détecteur au moyen de particules qui le traversent au minimum d'ionisation. Les résultats et les performances de ces calibrations sont discutées. Une méthode de discrimination des pi 0 et des photons de haute énergie est présentée, bénéficiant des mesures des caractéristiques des cascades électromagnétiques dans le PreShower et le calorimètre. Ces informations sont combinées dans une analyse multivariable. La stratégie de contrôle des performances du discriminateur directement à partir des données est discutée et cet outil est appliqué à la recherche des états finals B to hh pi 0. Une recherche similaire des modes de désintégration B{d,s} to KShh, où h peut être un pion ou un kaon chargé a été conduite. Ce mode de désintégration permet de mesurer la phase faible du mélange des mésons Bd ou Bs et la comparaison de ces déterminations avec celles extraites des modes charmonia peut permettre de mettre en évidence une phase faible au-delà du Modèle Standard dans l'amplitude de désintégration. La première étape de cette analyse consiste à établir les signaux des modes non encore observés B{s} to KShh. Ce travail exploratoire présente la première observation du mode B{s} to KSK pi.

Les désintégrations rares $B^{0}_{s} \to \mu^+ \mu^-$ et $B^{0} \to \mu^+ \mu^-$ sont des canaux de référence pour contraindre les modèles au-delà du Modèle Standard avec secteur de Higgs étendu. Dans le Modèle Standard, le rapport d' embranchement de ces désintégrations est prédit avec une bonne précision: $\mathcal{B}(B^{0}_{(s)} \to \mu^+ \mu^-) = (3.2 \pm 0.2) \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \to \mu^+ \mu^-) = (0.10 \pm 0.01) \times 10^{-10}$. Tout écart par rapport à ces valeurs peut donner des indications sur une nouvelle physique. Le cœur de cette thèse, basée sur l'analyse des données prises par l'experience LHCb en 2011, comporte deux thèmes principaux: le rejet du bruit de fond et l'extraction du signal. Nous avons optimisé un classificateur multivariée basé sur les arbres de décision boostés permettant une réduction drastique du bruit de fond de $B \to h^+ h'^-$ ($h \equiv \pi, K$). Après la sélection, environ 76$\%$ du bruit de fond combinatoire de $B^{0}_{s} \to \mu^+ \mu^-$ est éliminé, tout en conservant une efficacité sur le signal de l'ordre de 92$\%$. Une autre discrimination entre le signal et le fond est réalisé avec un autre classificateur multivarié optimisé pour avoir un grand rejet du bruit de fond dans la région de faible efficacité en signal. Le travail présenté dans cette thèse décrit l'optimisation d'un des arbres de décision boostés qui supprime 99.9$\%$ du bruit, après le processus de sélection ci-dessus, pour une efficacité de signal de 50$\%$. Nous avons proposé une méthode pour estimer les signaux présents dans notre échantillon de données en utilisant un ajustement de la fonction de vraisemblance. La validation de l'ajustement avec simulation reflète la bonne estimation des incertitudes statistiques et les incertitudes systématiques ont été soigneusement étudiés et prises en compte dans les résultats finaux pour l'échantillon de données de 2011: $\mathcal{B}(B^{0}_{s} \rightarrow \mu^+\mu^-) = (1.4 \left(^{+1.6}_{-1.1} \right)_{(stat)} \left(^{+0.5}_{-0.8} \right)_{(syst)} ) \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \rightarrow \mu^+\mu^-) = (0.3 \left(^{+0.5}_{-0.4}\right)_{(stat)} \left(^{+0.5}_{-0.3}\right)_{(syst)}) \times 10^{-9}$. Etant donné l'absence de signal, les limites supérieures des rapports d'embranchement sont calculées: $\mathcal{B}(B^{0}_{(s)} \to \mu^+ \mu^-)<4,5 \times 10^{-9}$ et $\mathcal{B}(B^{0} \to \mu^ + \mu^-) <1,0 \times 10^{-10}$ á 95\% de niveau de confiance, qui sont les limites les plus restrictives jusqu'à ce jour.

La corde topologique établit un contexte dans lequel beaucoup de caractéristiques de la théorie des cordes complète, comme les aspects complémentaires de la description par la surface d'univers et l'espace cible, ou la dualité entre corde ouverte et corde fermée, mènent à des techniques de calcul qui vont au-delà de la théorie perturbative. Ce mémoire résume mes activités de recherche dans ce domaine. La présentation est organisée autour des calculs de la fonction de partition de la corde topologique Z_top basés sur des perspectives diverses sur la corde topologique.

Le monde de l'infiniment petit est le domaine d'étude de la physique des articules. Cette physique s'attache à décrire de façon cohérente la nature et le comportement des particules élémentaires qui constituent la matière. Les accélérateurs (collisionneurs) de particules permettent de repousser toujours plus avant les connaissances dans ce domaine en produisant des particules, inobservables autrement, par le biais de collisions à très haute énergie. Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans cet axe de recherche et s'intéresse à l'étude du quark top qui est la dernière brique de matière découverte et la plus lourde particule élémentaire connue. La propriété étudiée, l'asymétrie de charge des paires de quark top-antitop, a suscité un vif intérêt par le passé (2011) au sein de la communauté du fait de mesures réalisées auprès du collisionneur Tevatron. Ces mesures ont dévoilé des déviations importantes par rapport aux prédictions réalisées dans le cadre du modèle standard de la physique des particules. De nouvelles mesures de l'asymétrie de charge réalisées au Tevatron (auprès du détecteur D0) et au LHC (auprès du détecteur ATLAS) sont présentées dans cette thèse.

Cette thèse étudie les premiers instants d'une collision d'ions lourds. Juste après cette collision, il a été démontré que la matière produite -- appelée Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) -- est très loin de l'équilibre thermique. On voudrait donc savoir si le PQG thermalise, et quelle est l'échelle de temps caractéristique pour cela. Le manuscrit expose l'étude de ces questions dans deux sortes de théories. Dans un premier temps, on étudie une théorie scalaire. En initialisant cette dernière dans un état hors équilibre, on peut étudier l'approche de l'équilibre pour un système de volume fixe ou un système en expansion unidimensionnelle. Dans les deux cas, des preuves d'une possible thermalisation peuvent être observées : une équation d'état se forme, le tenseur des pressions devient isotrope et le nombre d'occupation tend vers une distribution d'équilibre thermique classique. Ces résultats sont obtenus à l'aide de l'approximation classique statistique (ACS), qui permet d'inclure des contributions au-delà de l'ordre dominant de la théorie des perturbations. Dans un second temps, le "Color Glass Condensate", une théorie effective basée sur la Chromodynamique quantique adaptée à l'étude des premiers instants suivant la formation du PQG, est utilisé pour étudier de manière plus réaliste l'approche de l'équilibre thermique dans les collisions d'ions lourds. Après avoir établi quelques prérequis pour l'utilisation de l'ACS, les simulations numériques effectuées avec les équations de Yang-Mills semblent indiquer que le PQG devient rapidement isotrope, tandis que son rapport viscosité sur entropie est très petit, ce qui est la caractéristique d'un fluide quasi idéal.

Une mesure de l'asymétrie de CP dépendante du temps des désintégrations radiatives B0 en KS pi+ pi- gamma, est effectuée à partir d'un échantillon de 470.9 millions d'événements Upsilon(4S) en BBbar enregistrés par le détecteur BaBar auprès du collisionneur asymétrique Pep-II situé au SLAC. En utilisant les événements satisfaisant m(K pi pi)<1.8 GeV/c^2, 0.60.945 GeV/c^2, les paramètres de violation de la symétrie de CP ainsi obtenus sont S(KS pi+ pi- gamma) = 0.137 pm 0.249 + 0.042 - 0.033 et C(KS pi+ pi- gamma) = -0.390 pm 0.204 + 0.045 - 0.050. À partir de ces résultats la valeur de l'asymétrie de CP dépendante du temps reliée aux états propres de CP Rho0 KS, est extraite: S(KS Rho0 gamma) = 0.249 pm 0.455 + 0.076 - 0.060. Cette observable apporte de l'information relative aux états de polarisation du photon dans les processus sous-jacents de transitions radiatives b en s gamma. En utilisant l'hypothèse de conservation de la symétrie d'isospin, l'extraction de S(KS Rho0 gamma) à partir S(KS pi+ pi- gamma) est effectuée à partir de l'étude des désintégrations B+ en K+ pi+ pi- gamma, où les amplitudes des différentes résonances intermédiaires Rho0 K+, Kstar0 pi+ et (K pi) S-wave pi+, contribuant au système K pi pi, sont mesurées. Cette étude, en plus de l'information nécessaire à l'extraction de S(KS Rho0 gamma), a permis d'extraire les contributions relatives des résonances kaoniques au système K pi pi, ainsi que les fractions globales des modes résonants Rho0 K+, Kstar0 pi+ et (K pi) S-wave pi+, constituant une source d'information utile à d'autres études sur la polarisation du photon.

Le travail présenté dans cette thèse a été effectué sur l'expérience DELPHI située auprès du collisionneur LEP. Nous commençons par décrire l'appareillage, son fonctionnement et ses performances ainsi que les types de bruit de fond simulant les désintégrations du Z0. Nous décrivons ensuite le fonctionnement du déclenchement dans DELPHI et plus spécifiquement dans le Détecteur Externe. Son efficacité de déclenchement de premier et second niveaux est calculée et le travail effectué pour la réalisation d'un troisième niveau est exposé. Une méthode originale destinée à rejeter les événements hors temps est également présentée. Nous continuons par une description théorique du canal électron-positron en deux muons puis par une étude des critères de sélection de ces événements ainsi que leurs différentes corrections. Nous présentons ensuite les résultats obtenus par trois méthodes pour la section efficace et l'asymétrie avant-arrière dans le canal muonique. Un ajustement sur les données fournit la valeur des constantes de couplage axiale et vectorielle ainsi que celle de l'angle faible. Finalement une étude sur la distribution en acolinéarité des événements et la comparaison avec les prédictions d'un Monte-Carlo est exposée.