Cette thèse a pour cadre la phase 2 de l'expérience D0, l'un des deux détecteurs du Tevatron au Fermi National Accelerator Laboratory situé pres de Chicago (Illinois, USA). Cette thèse est consacrée à la préparation du Run II et à l'analyse des premières données de physique (février 2002 ­ juin 2002). Des événements tri-lepton (electron and muon) ont été sélectionnés. Ce type dévénement est attendu dans la théorie Supersymétrique avec violation de la R-parité et dans l'hypothèse d'un couplage lambda dominant. Le Modèle Standard ainsi que ses insuffisances sont décrits dans le premier chapitre qui présente aussi les différents modèles supersymétriques y compris celui incluant la gravité utilisé dans cette thèse. Un panorama des précédentes recherches expérimentales de particules supersymétriques clôt ce chapitre. Le deuxième chapitre décrit le fonctionnement du Tevatron ainsi que le détecteur D0. Les algorithmes d'identification des particules et la mesure des variables caractéristiques des événements est expliquée au chapitre 3. Les méthodes d'identification des électrons et des muons sont détaillées dans les chapitres 4 et 5. Le sixième chapitre expose une nouvelle méthode, non encore développée jusqu'à présent dans D0, pour identifier les jets venant de l'hadronisation des quarks b. L'intérêt de cette méthode pour la recherche de particules supersymétriques est discutée. Les caractéristiques des événements supersymétriques et dans l'hypothèse où la R-parité est violée par un couplage lambda sont étudiées dans le chapitre 7 ainsi que la stratégie générale de recherche. L'analyse des premières données Run II data est présentée au chapitre 8, qui décrit les critères de sélection des candidats. Les méthodes pour évaluer les fonds instrumentaux, qui s'ajoutent aux fonds physiques, sont détaillées. Le neuvième chapitre présente un résumé de l'analyse et le potentiel de découverte dans le futur.

La mise en mouvement des atomes d'un matériau par un ion lourd se traduit dans le volume par la création de traces et à la surface par l'éjection d'atomes vers le vide. Ainsi, afin d'appréhender les mécanismes initiaux de formation des traces, nous nous sommes intéressés à la pulvérisation du dioxyde d'uranium par les ions lourds rapides. L'étude est consacrée à l'influence du pouvoir d'arrêt électronique sur l'émission de particule neutre et plus spécifiquement sur la mesure de leurs distributions angulaires. Ces mesures sont complétées par celles des ions émis d'une cible d'UO2 soumise à un bombardement d'ions lourds rapides. L'ensemble des résultats expérimentaux donne accès à : i) la nature des particules pulvérisées ; ii) l'état de charge des particules émises ; iii) la direction d'éjection des particules pulvérisées ; iv) et aux rendements de pulvérisation, obtenus à partir des distributions angulaires. Ces résultats sont confrontés aux modèles de pulvérisation proposés dans la littérature et il apparaît que seul le modèle d'écoulement gazeux supersonique donne des résultats cohérents avec nos observations. Enfin, grâce aux expériences antérieures, réalisées par T. Wiss, concernant l'endommagement du dioxyde d'uranium, ce travail débouche sur la comparaison entre les modifications observées dans le matériau et la pulvérisation. Cette démarche permet de mettre en évidence que seule une fraction de monocouches d'UO2 participe à la pulvérisation.

Le détecteur CMS est l'une des deux expériences généralistes du LHC (Large Hadron Collider). Un des axes de recherche majeur de CMS est la recherche du (des) boson(s) de Higgs. À basse luminosité la signature la plus prometteuse pour un boson de Higgs léger (< 150 GeV) est sa désintégration en deux photons. Compte tenu de l'environnement du LHC, la recherche du Higgs dans ce canal nécessite un calorimètre électromagnétique (ECAL) extrêmement précis, rapide et résistant aux radiations.<br> Afin d'atteindre ce niveau de performances, plusieurs prototypes du calorimètre ont été mis en faisceau au cours des années 1999 et 2000. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'analyse des données obtenues lors de ces tests, avec pour objectif principal l'étude des paramètres jouant un rôle essentiel dans les performances du détecteur, en particulier la résolution en énergie, le suivi en lumière des cristaux et les performances de la chaîne électronique frontale dans sa version quasi-finale.<br> Un autre aspect de notre travail a été de développer une simulation comportant un haut degré de précision et de réalisme de la partie centrale du ECAL, à partir de l'outil de modélisation utilisé en physique des particules GEANT et d'une interface (EUGENIE) permettant d'intégrer des dessins de CAO dans la simulation. Cette description du détecteur a récemment été adoptée par la collaboration CMS et intégrée dans le programme de simulation officiel.

Cette thèse effectuée au sein du groupe Higgs de la collaboration L3 porte sur la recherche d'une signature Higgs, pour des énergies dans le centre de masse comprises entre 192 et 209 GeV, constituant l'un des enjeux majeurs à LEP2. Elle consiste en une contribution aux analyses recherchant le boson de Higgs du Modèle Standard, particuliérement dans le canal "deux jets plus énergie manquante". L'état final pour ce canal, noté H_nu_nubar, est caractérisé par la production d'une paire de quarks b issus du boson de Higgs, et d'une paire de neutrinos issus du boson Z, pour le processus dominant de Higgs-Strahlung. La limite inférieure observée, obtenue avec ce seul canal H_nu_nubar, est de 96 GeV à un niveau de confiance de 95%.<br> De plus, les recherches de production de scalaires neutres sont développées, dans les modèles généraux à deux doublets de Higgs de type II, au moyen d'une analyse dite "indépendante de saveur". On présente aussi les recherches concernant le boson de Higgs "invisible", où le boson Z se désintègre en une paire de fermions et le boson de Higgs en particules indétectables. L'utilisation de ces derniers résultats permet de contraindre les paramètres des modèles supersymétriques minimaux non-universels (sans unification de masse des jauginos).

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En physique hadronique, la structure du nucléon et le confinement des quarks sont des problèmes toujours d'actualité. Les réactions d'électro-production de pions neutres et de difusion Compton virtuelle permettent d'accéder à de nouvelles observables décrivant cette structure. Ce travail porte sur l'expérience de diffusion Compton virtuelle réalisée à Jefferson Lab en 1998. Le faisceau d'électrons d'énergie 4 GeV est envoyé sur une cible cryogénique d'hydrogène, et l'électron et le proton difusés sont détectés en coïncidence grâce aux deux spectromètres du Hall A. Le photon (pion) est détecté par une technique de particule manquante. L'analyse des données de cette expérience a permis d'extraire les sections efficaces des deux processus au quadrimoment de transfert Q2=1 GeV2. La section efficace de diffusion Compton virtuelle a été extraite pour la première fois dans la région des résonances du proton (W compris entre 1.0 et 2.0 GeV) par l'intermédiaire de l'électroproduction de photon. Autour du seuil de production de pion jusqu'à la région de la résonance Delta(1232), ces résultats permettent de mesurer les polarisabilités généralisées, qui décrivent la structure du proton au même titre que les facteurs de forme élastiques. De plus, la mesure de la section efficace d'électro-production de pions neutres dans la région des résonances a permis d'apporter des contraintes sur les modèles phénoménologiques existants.

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La multifragmentation d'agrégats a été mise en évidence dans des collisions à haute vitesse (~c/100) entre un atome d'hélium et un agrégat d'hydrogène H3 (H2)m (m=1-14). La collision, réalisée en cinématique inverse (les agrégats sont accélérés), permet la détection en coïncidence pour chaque événement des fragments neutres et chargés. Ces expériences, associées à celles réalisées dans les mêmes conditions avec les constituants moléculaires de l'agrégat (H3 et H2), sont analysées sous deux aspects différents : la caractérisation de différents mécanismes d'excitation et de relaxation et la description de la fragmentation en termes de changement d'état d'un système fini. L'étude de canaux de fragmentation particuliers permet la caractérisation des mécanismes d'excitation. L'étude de la taille de l'agrégat résiduel à l'issue de la fragmentation pour différentes excitations montre que la relaxation de l'agrégat dépend de l'état de charge du système après collision mais aussi de l'état dissociatif ou non des molécules excitées. La comparaison de modèles de percolation avec les données expérimentales met en évidence un comportement critique dans la fragmentation des agrégats d'hydrogène. Tracée à partir des caractéristiques des distributions en taille à une énergie déposée donnée, la courbe calorique montre que ce comportement critique peut être associé à une transition thermodynamique du premier ordre, transition entre un état « agrégat » et un état où les entités moléculaires ne sont plus en interaction. L'ensemble des résultats montre que les agrégats moléculaires sont des outils prometteurs pour étudier, à l'échelle moléculaire, les effets biologiques des rayonnements ionisants. C'est dans cette perspective que sont présentés les résultats d'une étude préliminaire sur la production d'ions issus de molécules d'eau après capture électronique ou ionisation directe par des protons ou des atomes d'hydrogène rapides.