Le sujet de cette thèse est la recherche des sélectrons, neutralinos et squarks dans le cadre du modèle GMSB (Gauge Mediated Supersymmetry Breaking) avec le détecteur CMS et l?étude de la compression sans pertes des données. Avec une fréquence de 40 MHz des croisements des faisceaux de protons environ 10^9 interactions proton-proton par seconde se produisent à la luminosité nominale de 10^34 cm-2 s-1. La définition du système de déclenchement et d?acquisition de CMS impose des conditions très restrictives aux données sortantes. La fréquence moyenne des événements sortants doit être inférieure à 100 kHz. La taille moyenne d?un événement provenant du calorimètre électromagnétique doit être inférieure à 100 kilo octets. Cette thèse résumera dans quelle mesure il est possible d?appliquer aux données ainsi obtenues une réduction du volume des données supplémentaire en utilisant les techniques offertes par la compression de données sans pertes. Les grands objectifs du programme de physique du LHC est de comprendre l?origine des masses des particules et de tester l?hypothèse de l?existence d?une symétrie fondamentale entre les fermions et les bosons, la supersymétrie (SUperSYmmetry en anglais d?où SUSY). Dans cette thèse nous montrons comment expérimentalement nous pouvons rechercher, dans le cadre des modèles GMSB (Gauge Mediated SUSY Breaking), les particules supersymétriques au LHC.

La Supersymetrie est la theorie qui semble etre l'extension la plus naturelle du Modele Standard. Dans cette these nous presentons la recherche du sTop, hypothethique partenaire scalaire du quark Top, que nous avons effectuee dans le cadre du Modele Standard Supersymetrique Minimal (MSSM) en utilisant les donnees de l'experience DO prises lors de la Phase I du Tevatron, qui correspondent a une luminosite integree de $108$ pb$^{-1}$. Nous avons selectionne les evenements avec un electron, un muon et de l'energie transverse manquante dans l'etat final, qui peuvent etre le produit de desintegration d'une paire de sTops en 3 corps ($\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$), ou en 4 corps ($\tilde{t} \rightarrow b \oa l {\nu_l}$). En l'absence d'evenements candidats a ce signal, les resultats sont interpretes en terme de limites de section efficace de production du sTop et de regions d'exclusion dans l'espace des parametres ($m_{\tilde{t}},\moa$) ou ($m_{\tilde{t}},\msnu$). L'utilisation inedite au Tevatron de cet etat final pour la recherche du sTop nous a permis d'etablir des contraintes plus fortes que celles obtenues precedemment au LEP ou au Tevatron dans le canal $\tilde{t} \rightarrow b l \tilde{\nu}$, et les premieres limites jamais etablies dans le canal de desintegration a quatre corps. Pour le canal a 3 corps, en supposant que le sneutrino soit la particule supersymetrique la plus legere (LSP), la region exclue a $95\%$ de degre de confiance s'etend jusqu'a une masse de sTop de $142$ ($130$) GeV si la masse du sneutrino ($\msnu$) est de $43$ ($86$) GeV. Si le canal a 4 corps domine, et en supposant que le neutralino soit la LSP, les limites dependent de la masse du sneutrino. Si celle-ci est suffisamment legere (${m_{\tilde{\nu}}} \ \lapprox \ 100$ GeV) cette limite atteint une masse de sTop de $132$ GeV pour un neutralino de $60$ GeV. Pour ces recherches, la calorimetrie joue un role central d'un point de vue experimental. L'augmentation de la luminosite attendue dans la Phase II du Tevatron qui a demarre le $1^{er}$ Mars $2001$, et l'amelioration du detecteur qui a ete realisee ces trois dernieres annees permettront d'etendre ces domaines d'exclusion ou de decouvrir le sTop. Nous decrivons donc egalement dans cette these notre contribution a l'amelioration de la calorimetrie, tant sur la calibration electronique du calorimetre a Argon liquide du detecteur DO, que sur les logiciels de reconstruction de l'energie calorimetrique.

La physique hadronique s'intéresse à décrire la structure interne du nucléon. Malgrès de nombreux efforts, la structure non perturbative de la Chromody­namique Quantique QCD) n'est encore comprise que partiellement. Il faut de nouvelles données expérimentales pour guider les théories ou contraindre les modèles. La sonde électromagnétique est ici un outil privilégié. En effet, les électrons sont ponctuels, ne sont pas sensibles à l'interaction forte (QCD) et leur interaction (QED) est connue. Cette sonde propre fournie une image nette du hadron sondé. Les techniques classiques pour sonder la structure électromagnétique du nucléon sont la diffusion élastique d'électron, la diffusion profondément inélastique et la diffusion Compton réelle (RCS) gamma p -> p gamma. La diffusion élastique d'électron sur le nucléon donne accès aux facteurs de forme qui décrivent ses distributions de charge et de magnétisation (chapitre 2), alors que le RCS permet la mesure des polarisabilités électrique et magnétique qui décrivent l'aptitude qu'a le nucléon à se déformer quand il est exposé à un champ électromagnétique (chapitre 2), tandis que la diffusion profondément inélastique donne accès aux densités partoniques. Plus récemment, on s'est intéressé à l'étude de la structure du nucléon par l'intermédiaire de la diffusion Compton virtuelle (VCS) gamma* p -> p gamma (chapitre 3). Contrairement au RCS, l'énergie et le moment du photon irtuel peuvent être variés indépendemment l'un de l'autre. C'est ainsi que le VCS fournit une information nouvelle sur la structure interne du nucléon. Au dessous du seuil de création du pion, le VCS sur le proton donne accès à de nouvelles observables de structure du nucléon, les polarisabilités généralisées, ap­pelées ainsi car elles constituent une généralisation des polarisabilités obtenues avec le RCS. Les polarisabilités généralisées sont fonction du carré Q2 du quadri-moment du photon virtuel. Elles caractérisent la réponse du proton à l'excitation électromagnétique dû au photon virtuel incident. On peut ainsi étudier la déformation des distributions de charge et de courant mesurées en diffusion élastique d'électrons, sous l'influence de la perturbation par un champ électromagnétique. A mesure que l'énergie de la sonde augmente, le VCS devient non seulement un outil de précision pour avoir accès à une information globale sur le proton dans son état fondamental, mais aussi sur tout son spectre d'excitation, procurant ainsi un nouveau test de notre compréhension de la structure du nucléon. Expérimentalement, on peut accéder au VCS par l'électroproduction d'un photon réel sur le proton e p -> e p nu. Dans le processus VCS proprement dit, un photon virtuel est échangé entre l'électron incident et le nucléon cible qui émet alors un photon réel. Cette mesure n'est pas aisée etant donné la faible amplitude des sections efficaces mises en jeu. De plus, le VCS n'est obtenu que par interférence avec le terme de Bethe-Heitler en particulier (émission d'un photon par l'électron) qui domine ou interfère fortement. Par ailleurs, l'émission d'un pion neutre qui décroît en deux photons est à l'origine d'un bruit de fond physique qui peut géner l'extraction du signal VCS. La combinaison de l'accélérateur CEBAF (chapitre 5) de faible émittance par rapport à d'autres installations, de grand cycle utile et de grande luminosité ainsi que les spectromètres haute résolution de la salle expérimentalle Hall A (chapitre 6) a permis d'étudier le VCS courant mars-avril 1998 à Jefferson Lab situé dans l'état de Virginie aux Etats-Unis. Les données de cette présente thèse ont ainsi été prises à Q2 = 1 (GeV/c) à l'aide d'un faisceau d'électrons de 4 GeV incident sur une cible cryogénique d'hydrogène liquide. L'électron et le proton diffusés furent détectés respectivement dans les spectromètres (et détecteurs associés) Electron et Hadron du Hall A. Les particules incidentes étant également connues, une technique de masse manquante a été utilisée pour isoler les photons VCS (chapitre 4). Un des problèmes majeurs dans la sélection des événements VCS provient d'une très large pollution par des protons de transmission (chapitre 9). Ces derniers sont en fait détectés alors qu'ils auraient dû être stoppés au niveau du collimateur à l'entrée du bras Hadron. On attribut leur origine à des cinématiques élastique pure, élastique radiative et de création de pion neutre. Cependant les variables reconstruites au vertex de tels événements sont entachées d'inconsistance, ce qui permet leur rejection. Après calibration de l'équipement (chapitre 7) et analyse des données (chapitres 8 à 11), des sections efficaces furent extraites mais restent préliminaires. Un intervalle de valeur pour chacune de deux fonctions de structure faisant intervenir les polarisabilités généralisées fut alors obtenu à Q2 = 0,93 GeV2 : PLL - PTT/epsilon in [4;7] GeV-2 et PLT in [-2;-1] GeV-2. Ce nouveau point sur une courbe présentant chacune des fonctions de structure précédentes en fonction de la variable Q2 s'ajoute aux résultats RCS et d'une précédente expérience VCS. L'interprétation de ces courbes confirme une forte compensation des contributions para- et dia-magnétique du proton. La comparaison de l'évolution en Q2 des polarisabilités généralisées électrique et magnétique nous permet finalement d'observer les différences de réarrangement spatial des distributions de charge et de courant.

Le document discute la problematique de la propagation d'incertitudes mutliples dans l'analyse bayesienne d'une combinaison de processus de Poisson. Une méthode originale d'échantillonnage partiel de la densité a posteriori par chaine de Makov est présenté puis appliquée à la recherche de quarks tops célibataire au LHC. Une dernière partie utilise la même méthode pour sonder la sensibilité furure d'ATLAS à certains paramètres de nouvelle physique.

Le thème central de la thèse est la mesure de la section efficace de production des électrons venant de la désintégration des quarks lourds (b et c) avec l'expérience ATLAS dans les collisions proton-proton à sqrt(s)=7 TeV au LHC. La calibration du calorimètre électromagnétique et la reconstruction des électrons jouent un rôle cardinal dans l'analyse développée dans cette thèse. Ces thématiques sont traitées dans la première partie du manuscrit. L'étude des systématiques liées à la variation des constantes de calibration paramétrant la chaîne de lecture du calorimètre et qui affectent la reconstruction de l'énergie des cellules est présentée. La description des procédures de reconstruction des événements dans le détecteur ATLAS est ensuite traitée. Les cas de mauvaise reconstruction sont abordés et une étude de l'estimation du taux des faux leptons dans des événements multi-jets est présentée. La deuxième partie de la thèse est dédiée à la mesure de la section efficace de production des électrons issus de la désintégration des quarks lourds. Un panorama des prédictions théoriques est présenté en introduction à la mesure expérimentale qui a été réalisée avec un lot de données correspondant à une luminosité intégrée de 1.3 pb-1 enregistré pendant la période de démarrage d'ATLAS. Outre son intérêt théorique, cette mesure permet également une vérification des performances attendues du détecteur directement sur les données. Les bruits de fond et l'efficacité d'identification des électrons sont estimés par une méthode basée sur les données.

Cette thèse présente la première mesure de production du W Z avec le détecteur CMS au LHC en utilisant les modes leptoniques. La réponse du calorimètre électromagnétique (ECAL) est étudiée par la mesure du pouvoir d'arrêt de muons dans le tungstate de plomb d'ECAL. Les électrons sont validés avec les premières données pour être utilisable dans toutes les analyses. Avec les données de rayons cosmiques, le pouvoir d'arrêt de muons traversants le tungstate de plomb du calorimètre électromagnétique a été mesuré pour une gamme d'impulsion 5-1000 GeV/c. Le résultat compatible avec l'attendu a permis de valider l'échelle d'énergie d'ECAL, déterminée auparavant avec un faisceau d'électrons de 120 GeV/c, dans la région du sub-GeV en accord avec 1.004+0.002-0.003(stat.) ±0.019(syst.). Les données des premières collisions de LHC ont permis la vérification des algorithmes de reconstruction des électrons, en particulier pour la détermination des pré-traces dans la partie la plus interne du trajectographe. Les algorithmes ont été optimisés, sur des électrons issus de désintégrations de bosons W et entièrement validés avec 14/pb de données environ. La mesure physique est la section efficace de production des bosons associés WZ dans les collisions proton-proton à √s =7TeV. La signature claire de la désintégration en leptons permet l'extraction efficace du signal et la réjection du bruit de fond, pour chaque canal considéré. Le premier évènement a été observé avec 36/pb de données. Avec 1.09/fb, la section de production de WZ a été mesurée pour la première fois à √s =7TeV σ(WZ) = 19.11+3.30-2.53(stat.)±1.10(syst.)±1.15(lumi.)pb et trouvée en accord avec la prédiction du Model Standard (18.57+0.75-0.58 pb NLO).

Ce document presente des résultats relatifs à la préparation du programme de physique de l'expérience LHCb: développement d'un logiciel de génération, commissioning du trigger calorimètre et mesure de la production des J/psi. Une simulation détaillée est obligatoire pour développer les outils d'analyse nécessaires pour réaliser ce programme et un logiciel de génération détaillé a été implémenté. Celui-ci décrit par exemple le mélange des B et la violation de CP dans les désintégrations des B pour l'environnement hadronique de LHCb. Pour les désintégrations hadroniques, le système de déclenchement de l'expérience est basé sur les calorimètres, en particulier le calorimètre hadronique. La grande section efficace de production au LHC permet de faire, avec les premières données enregistrées par l'expérience, une mesure de la section efficace différentielle des J/psi, et de la comparer avec des modèles thèoriques pour tester QCD dans le secteur des quarks lourds.

L'enthousiasme de la communauté scientifique pour l'étude des oscillations<br />de neutrinos n'a d'égal que les masses de leurs détecteurs. L'expérience<br />MINOS détermine et compare les spectres proches et lointains des neutrinos<br />muoniques du faisceau NuMI, afin de mesurer deux paramètres d'oscillation:<br />$\Delta m_{23}^2$ et $sin^2(2\theta_{23})$. Les spectres sont obtenus par<br />l'analyse des interactions par courant chargés dont la difficulté réside<br />dans l'identification des produits des interactions (e.g. muons). Une<br />méthode alternative permettant d'identifier les traces de muons courbées par<br />le champ magnétique des détecteurs, ainsi que de déterminer leurs énergies<br />est présentée dans ce manuscrit. La sensibilité des détecteurs est optimale<br />pour les interactions quasi-élastiques dont une méthode de sélection est<br />proposée, afin d'étudier leur oscillation. Bien que réduisant la<br />statistique, une telle étude introduit moins d'erreur systématique,<br />constituant la méthode idéale à long terme.

Un des aspects fascinants de la théorie des cordes, c'est qu'elle vit dans l'espace-temps de dix dimensions. Mais cela implique que, pour la relier à des observations phénoménologiques, elle devrait ȇtre compactifiées à quatre dimensions. Un cas particulièrement riche, mais toujours faisable correspond à la compactification sur une variété de Calabi-Yau qui donne à basse énergie une théorie effective avec la supersymétrie N=2. L'action de cette théorie est complètement déterminée par la métrique sur son espace des modules qui comporte deux composantes correspondant aux multiplets vectoriels et hypermultiplets. La première est classiquement exacte et bien comprise, alors que la dernière reçoit des corrections quantiques et est connue de porter une géométrie compliquée quaternion-Kählerrienne. Dans cette thèse, nous présentons nos résultats sur la description complète non-perturbative de l'espace des modules des hypermultiplets. Nous montrons comment toutes les corrections quantiques, qui comprennent des contributions perturbatives d'une boucle ainsi que celles non-perturbatives venant des D-branes et NS5-branes, sont incorporées dans le cadre de l'approche twisteurielle. Ce cadre, que nous élaborons ici en détail, fournit une description mathématique puissante des variétés hyperkähleriennes et quaternion-Kähleriennes et il est indispensable pour la formulation de la géométrie non-perturbative de l'espace des modules des hypermultiplets. Nous présentons également de nouveaux résultats sur la dualité-S, symétrie miroir quantique, les connexions à des modèles intégrables et aux cordes topologiques.

Ce travail de thèse a été effectué auprès du détecteur ATLAS. Trois méthodes indépendantes sont proposées pour mesurer l'efficacité du déclenchement basé sur la détection de photons. Elles sont d'abord évaluées à l'aide de simulations Monte-Carlo, puis appliquées sur les données enregistrées en 2010. Les deux méthodes utilisant des lots de photons montrent des résultats cohérents au niveau de quelques pourcents. Pour la méthode basée sur un lot d'électrons, la taille du lot est trop faible pour tirer des conclusions. Une mesure de la section efficace de production QCD de di-photons est effectuée sur les données 2010, correspondant à une luminosité de 37.2+/-1.2 pb-1. Elle se base sur une méthode d'ajustement bi-dimensionnel pour extraire le signal. Les sections efficaces en fonction des observables Mγγ, pT γγ et Δφγγ sont comparées avec les prédictions des générateurs DIPHOX et RESBOS. Un bon accord est trouvé pour la variable Mγγ, tandis que des écarts sont observés dans les distributions pTγγ et Δφγγ. Dans l'étude du canal H → γγ basée sur échantillon simulé, une détérioration de 4% dans la limite d'exclusion est observée après incorporation de l'incertitude systématique découlant de la résolution sur la masse invariante de la paire de photons. Dans l'analyse des données réelles, la méthode d'ajustement 2D est également appliquée pour décomposer le bruit de fond dans la gamme de masse invariante [100, 150] GeV. La sensibilité de la recherche du boson de Higgs dans ce canal est alors réévaluée. Dans la gamme de masse [110-140] GeV, une production de Higgs de 3.2 à 4.2 le Modèle standard devrait être exclue avec 1fb-1 de données à √ s = 7 TeV.