Currently, we are in an era of neutrino physics in which neutrino oscillation experiments are focusing on doing precision measurements. In this dissertation, we investigate what is important to consider when doing these precise experiments, especially in light of significant unresolved anomalies. We look at four general categories of considerations: systematic uncertainties, fundamental assumptions, parameterization-dependence of interpretations, and Beyond the Standard Model (BSM) scenarios. By performing a simulation using GLoBES, we find that uncertainties in the fine structure of the reactor neutrino spectrum could be vitally important to JUNO, a reactor neutrino experiment being built in China, so a reference spectrum with comparable energy resolution to JUNO is needed in order to alleviate this uncertainty. In addition, we determine that with their fix of the fine structure problem, JUNO can test the existence of a quantum interference term in the oscillation probability. We also reason that the CP-violating phase is very parameterization dependent, and the Jarlskog invariant is better for talking about amounts of CP violation in neutrino oscillations. Finally, we discover that CP-violating neutrino Non-Standard Interactions (NSIs) could already be affecting the outcomes of T2K and NOνA, two accelerator neutrino experiments, and may be why there is a tension in these two data sets. / Doctor of Philosophy / Neutrinos are very weakly interacting, fundamental particles that are extremely plentiful in the universe. There are three known types (or flavors) of neutrinos, and the fact that they change flavors (or oscillate) informs us that their mass is not zero, but no experiments have been able to put a lower bound on the smallest neutrino mass. Now that experiments measuring neutrino oscillations have become more precise and some significant anomalies remain unresolved, there are considerations that have become important to investigate. In this paper, we look at four of these considerations: • Uncertainties in the finer shapes in the energy spectrum of neutrinos coming from a nuclear reactor (Chapter 2): We find that these uncertainties could destroy the ability of the Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) to meet one of its major goals, unless they measured the spectrum at a spot close to the reactor with a really good energy resolution (comparable to that of JUNO). • An assumption about quantum mechanics being the foundation of particles and their interactions (Chapter 3): We determine that by heeding our warning in Chapter 2, JUNO will be able to test the existence of the term in the oscillation probability arising out of quantum interference. • How the neutrino oscillation parameter known as the CP-violating phase is dependent on the parameterization scheme used for the matrix describing how the flavors mix to make neutrino oscillation possible (Chapter 4): We find that the parameterization dependence is drastic, and if we want to discuss how much CP violation (i.e. a measure of how neutrinos behave differently from their anti-matter counterparts) exists in neutrino oscillations, we should talk about a quantity called the Jarlskog invariant. • The possibility of interactions existing between neutrinos and other particles that are not part of the Standard Model of Particle Physics, i.e. neutrino Non-Standard Interactions (NSIs) (Chapter 5): We discover that NSIs that are CP-violating can actually explain a current discrepancy between two neutrino oscillation experiments: Tokai to Kamioka Nuclear Decay Experiment (T2K) and NuMI Off-axis ν e Appearance (NOνA).

Cette thèse principalement théorique se situe dans le cadre de l'utilisation du laser de la Salle Noire du LOA, qui fournit des impulsions ultracourtes (2 cycles optiques) et énergétiques (1mJ) à 1kHz, stabilisées en CEP, pour générer des harmoniques sur cible solide. D'une part, pour profiter pleinement des ressources du laser, j'ai développé un code de simulation de propagation dans une fibre creuse qui, associé à une analyse expérimentale, a permis de repousser la limite en énergie de cette technique de compression. J'ai d'autre part utilisé des simulations PIC et j'ai développé un modèle de simulation de l'émission CWE pour quantifier sa dépendance aux conditions laser et plasma. Ce travail a servi premièrement à expliquer la variation expérimentale du spectre CWE à la CEP de l'impulsion laser. Deuxièmement, à partir d'une étude paramétrique expérimentale des spectres CWE, de remonter à des informations sur le plasma tels que le gradient de densité et la température électronique.

The nature of interactions of fundamental particles is governed by symmetries. These interactions are well described by an elegant and simple SU(3)c x SU(2)L x U(1)Y symmetric gauge theory that we call the Standard Model (SM) of particle physics. Very recently the CMS and ATLAS experiments at the Large Hadron Collider (LHC) confirmed the discovery of a boson of mass of about 125 GeV. Already, the data collected from these experiments seem to indicate that this particle is in fact the last missing piece and essential ingredient of the Standard Model : the Higgs boson. The Higgs has the very distinct role of providing a mechanism through which masses for other particles can be generated without destroying gauge invariance and hence the renormalizability of the theory. While this discovery completes the picture we have of the SM, the SM itself does not account for several experimentally observed phenomena , notably, dark matter (DM) and the baryon asymmetry in the universe (BAU). From a theoretical perspective a possibility for gauge coupling unification, an explanation for the quark flavour structure and the stability of the Higgs mass to radiative corrections are features that are absent in the framework of SM. This provides a strong basis to the hypothesis that there must be some intermediate scale (between the Planck scale and electroweak scale) of new physics, i.e. physics beyond the SM (BSM). The renormalizability of SM guarantees that various parameters of SM can be determined from the electroweak scale all the way up to the Planck scale. It is interesting to note that the RG evolution of the Higgs quartic coupling is driven to smaller values and can also become negative as the energy scale increases. Naively, a negative quartic coupling indicates destabilization of the EWSB vacuum. The energy scale at which the quartic coupling becomes negative would signify a break down of the theory and would set a scale for new physics. In principle the potential can be made stable through Planck scale dynamics and other vacua (other than the EWSB vacuum) may crop up. In this scenario the EWSB vacuum may decay to the deeper vacua. It is safe to say that, within experimental uncertainties of the Higgs and top quark masses the EWSB vacuum appears to be metastable. We are now left clueless: neither do we have any hints as to the nature of BSM physics nor the scale at which SM breaks down and new physics is assured. One should also note that although the evidence for BSM is compelling, data analysed from 7 and 8 TeV runs of the LHC have not produced any signals of BSM physics so far. Thus any indications of TeV scale BSM physics have been eluding us. In such a scenario the Higgs boson has assumed the role of a portal to study the possibilities of new physics. This is also motivated by the key role that the Higgs plays in generation of mass in a gauge symmetric theory. It is therefore reasonable to assume that the Higgs boson does in fact couple to particles predicted in BSM physics. Such couplings would play a role in modifying the properties of this boson. It is now essential to determine the properties of the Higgs as precisely as possible to search for signs of BSM. This thesis explores the idea of using the Higgs as a portal to study BSM physics. The properties of the Higgs that have already been measured with data from the first two runs of the LHC are its mass, branching ratios, spin and CP. When placed in the framework of a particular new physics model, these properties impose restrictions on the couplings and masses of BSM particles. A strong candidate for a BSM scenario is a Supersymmetric extension of the SM. Supersymmetry is an extension of the Poincar´e group that describes space time symmetries. Fermionic and bosonic degrees of freedom are mixed through the generators of this extended symmetry. In the minimal supersymmetric extension of the SM (MSSM), each particle of SM has a corresponding superpartner with identical quantum numbers modulo its spin. Since we do not see, for example, a bosonic superpartner of the fermionic top quark of the same mass as that of the top quark, this must mean that the supersymmetry, even if it is realized in nature, is not exact and must be broken. Although the symmetry may be broken the MSSM has some very appealing features: stabilization of the Higgs mass to quantum corrections, gauge coupling unification and possible dark matter candidate if the lightest Supersymmetric particle happens to be both stable and neutral. It is interesting to note that in MSSM, the tree level Higgs mass is bounded from above by the Z boson mass ( ~90 GeV ). The measured value of the Higgs mass (~126 GeV ) is still achievable in the MSSM through quantum corrections, the largest contribution coming from the top quarks and stop squarks. One therefore sees that the mass of the Higgs can already provide information about top superpartners. The presence of additional charged and coloured scalars implies the possibility of existence of charge and colour breaking (CCB) minima which would affect the stability of the Electroweak Symmetry breaking (EWSB) minima generated by the Higgs potential. Stability of EWSB is then dependent on parameters in the scalar sector of MSSM. We explore the nexus between the Higgs mass and vacuum stability in this model and find restrictions on the MSSM parameter space. The lighter Higgs of the MSSM couples differently to SM particles than the SM Higgs boson. More specifically one expects the couplings of the MSSM Higgs to gauge bosons to be smaller than in SM and unlike the SM Higgs, up type quarks have couplings strengths that are different from that of down type quarks. In the decoupling regime these differences become negligible and the lighter MSSM Higgs behaves identically to the SM Higgs. The measured Higgs rates do not show any large deviations from the expectations of a SM Higgs. It is therefore reasonable to assume that MSSM, if realized, resides in the decoupling regime. While tree level processes are not altered significantly in this regime, the same cannot be said about loop induced processes such as (h→ γγ) or (gg → h). Such processes may be affected significantly by sparticles running in the loops. Higgs decays to two photons can be strongly affected by the stau sector of MSSM and we study this in connection with EWSB vacuum stability. In several models of dark matter, the dark matter candidate particle couples to the Higgs boson. It may well be that this candidate particle may be light enough so that the decay of the Higgs boson to these particles may be possible. For example, in the framework of the MSSM, the LSP (˜χ01) is the dark matter candidate and a decay of the form hχ˜→01χ˜01is possible depending on the mass and strength of coupling of such a particle. At the LHC this would show up as an branching ratio to particles that are invisible to the detectors. The dominant production mode of the Higgs at LHC proceeds through gluon fusion. In this channel a signal for an “invisibly” decaying Higgs would show up as missing energy plus jets at LHC. This has already been studied in quite some detail. We focus on other production modes, namely Vector Boson Fusion (VBF) and associated production (VH), in determining an invisible branching fraction at LHC. These two production channels are much less sensitive to any other BSM signals that may mimic an invisibly decaying Higgs and thus provide clean signals for the latter. A determination of the nature of interactions between the Higgs and gauge bosons is of paramount importance. An understanding of these interactions is closely tied to an understanding of the nature of EWSB. There are two aspects to probing these interactions. One is a determination of the Lorentz structure of the Higgs and gauge boson vertices and the second is to determine the strength of its couplings. The Higgs coupling to two gauge bosons (the hVV vertex) in SM is of the form ~ agµν . Under the assumption that BSM physics does not alter this Lorentz structure, information about possible new physics can be simply extracted through a determination of the strength of the coupling aV . However, the most general structure of this vertex is of the form (aV gµν + bV pµq ν + cV ɛ µνρσpρqσ) . Here p and q are the sum and difference of the two gauge boson momenta respectively and ɛµνρσ the completely antisymmetric Levi-Civita tensor. The term cV parametrizes CP-odd couplings while the rest are CP-even. The terms proportional to b V and cV may be generated by new physics. But which new physics model do we look at? There are a plethora of such models. Rather than shooting in the dark at random BSM directions one could adopt the following approach. In the absence of BSM signals at the LHC so far, one could assume that the scale of physics is relatively high and BSM particles are more massive than SM particles and can therefore be integrated out of the Lagrangian. It is also prudent to assume that new physics respects the SU(3)c x SU(2)L x U(1)Y gauge symmetry of SM. With these two assumptions in hand, one could supplement the SM Lagrangian with additional operators. These operators which generally have mass dimensions greater than four would destroy the renormalizability of the theory, though an interpretation as an effective theory up to a scale Λ is still valid. The idea is to now study the consequences that this effective theory would have on measurable properties of the Higgs. The effective theory could affect both the Lorentz structure as well as the strength of the couplings of the Higgs to the gauge bosons. This thesis deals with the determination of the Lorentz structure of the Higgs coupling to two gauge bosons , i.e the trilinear vertex. An analysis of this for the hZZ vertex has already been performed by ATLAS and CMS using h → ZZ *decays. A pure pseudoscalar Higgs (cZ ≠0, aZ = bZ = 0) coupling has been ruled out at about 2 ~ 3 σ level. Bounds have also been placed on a mixed scalar-pseudoscalar coupling (a Z =0,cZ =0,bZ = 0). This however, is not the end of the story. There are two important points to note here. Firstly it is important to be able to verify these findings in other production modes. To this end, we investigate the ability of VBF production to probe such anomalous couplings and find strong effects on the pseudo-rapidity distributions of the tagging jets in VBF. Secondly it is important to also look for such anomalous couplings in the hWW vertex. At this point, one might argue that the hZZ vertex and hWW vertex are connected by Custodial symmetry. However this symmetry is violated in SM by gauging of the hypercharge. It follows that violations of this symmetry should arise naturally in BSM physics. A study of the anomalous vertex is not easily achieved in h→ WW ∗ decays due to backgrounds and difficulties in reconstructing momenta. The VBF channel can be quite effective here although there is significant contamination from VBF production through the Z boson. We find that a cleaner production mode to use would be associated production. Until recently the low cross-section of Vh made it difficult to analyse this channel at LHC. An analysis of Vh has been made possible by the use of modern jet substructure techniques using (h→ bb) decays. We use these techniques and study how one can probe anomalous couplings in the Vh production mode at LHC. One of the most important couplings of the Higgs is that to the top, the heaviest SM particle. Not only is this coupling responsible for the main production channel of the SM Higgs at the LHC but the interaction with the top also has important consequences on spontaneous symmetry breaking within the SM – notably, vacuum stability arguments – as well as beyond the SM – supersymmetry, for instance, where the top drives electroweak symmetry breaking in some scenarios. The strength as well as the CP property of the Higgs top coupling is therefore an important aspect of to study. more specifically we investigate terms of the form ψ¯t(at + ibtγ5)ψth. here ψt and h corresponds to the top quark and Higgs fields respectively. at and bt parametrize scalar and pseudoscalar couplings respectively. Since the dominant production mode of the Higgs at the LHC (gluon fusion) proceeds through a top quark loop as do decays of the Higgs to two photons, some information about these couplings may be extracted just by looking at Higgs production and decay rates. However, an unambiguous determination of these couplings is possible only through Higgs production with a top and anti-top pair. Although the production rates are very small at the LHC, such a study is of prime importance. We investigate t¯th production at the LHC and list some useful observable that can probe the couplings described above. The outline of the thesis is as follows. We start with brief introduction to SM and Electroweak Symmetry breaking (EWSB) also briefly reviewing SM Higgs production and decay at the LHC. We then investigate the information that the Higgs mass in conjunction with stability of the EWSB vacuum provides about the stop sector of the MSSM. We further investigate the information that Higgs decay rates in conjunction with the stability of the EWSB vacuum could provide about the stau sector in the MSSM. We move on to examining the extent to which an invisible branching ratio of the Higgs could be measured or excluded directly at the LHC. Coming to the second part of the thesis we examine in a model independent way the nature of the Higgs-gauge boson couplings. We first give a brief description of the Higgs gauge boson vertex and the effective theory approach following it up with a description of how this could be probed using Higgs decays. We then follow it up with a study on how the Lorentz structure could affect Higgs production in Vector Boson fusion and Higgs production in association with W or Z boson. Finally, we show how the CP properties of the Higgs coupling to the top quark can be investigated using tth production along with Higgs rates.

Dans le Modèle Standard de la physiques des particules, le boson de Higgs permet de générer la masse des particules élémentaires. Les contraintes théoriques et expérimentales actuels imposent au boson de Higgs d'avoir une masse comprise entre 114.4 et 158 GeV à 95% de niveau de confiance. De plus, le Tevatron a récemment exclu la zone de masse entre 100 et 109 GeV, 158 et 175 GeV à 95% de niveau de confiance. Ces résultats confortent la recherche du boson de Higgs à basse masse dans la fenêtre encore ouverte. Le détecteur DØ est situé près de Chicago, au Tevatron, collisionneur protons-antiprotons avec une énergie dans le centre de masse de 1.96 TeV. Le sujet de cette thèse est la recherche du boson de Higgs produit en association avec un boson Z. C'est un canal sensible au boson de Higgs de basse masse (<135 GeV) qui a un rapport de branchement H->bb de l'ordre de 80% dans cette région en masse. Le canal d'étude ZH->nu nu bb a un état final composé de 2 jets de saveurs lourdes et de l'énergie transverse manquante emportée par les neutrinos. L'identification des jets de saveur lourde ("b-tagging") est réalisée à l'aide d'un nouvel algorithme que l'on a développé (SLTNN) : la méthode est basée sur la désintégration semi-leptonique des quarks b. L'analyse de recherche du boson de Higgs a été menée avec 3 fb−1 de données. L'utilisation de SLTNN a permis d'améliorer de 10% l'efficacité d'identification de boson de Higgs. En revanche, la sensibilté globale de l'analyse, une fois les bruits de fond et erreurs systématiques prises en compte, est très peu améliorée (<1%).

Le démarrage de l'expérience ATLAS au LHC sur le site du CERN a eu lieu durant l'automne 2009. Pendant la construction et l'intégration du détecteur, des tests en faisceaux combinés contenant plusieurs sous-détecteurs ont eu lieu. Dans la région avant du détecteur (eta > 2.5), des tests en faisceaux combinés mettant en oeuvre les calorimètres hadronique et électromagnétique ont eu lieu. Des données de faisceaux de pions et d'électrons ont été analysées pour estimer l'efficacité d'identification des électrons et le facteur de rejet des pions. L'identification des électrons dans la région avant du détecteur peut être utilisée pour étudier les désintégrations des bosons W et Z et aussi développer des outils qui permettront de comprendre les différents bruits de fond mis en jeu. Une méthode pour estimer le facteur de rejet des pions ainsi que l'efficacité d'identification des électrons est présentée en utilisant une analyse discriminante basée sur les méthodes du discriminant de Fisher et sur les Boosted Decision Trees. Il est ainsi montré qu'il est possible d'obtenir une efficacité de détection des électrons de 50% pour un facteur de rejet de plus de 200. De plus les outils développés durant les tests en faisceaux ont permis également d'appliquer ces méthodes aux premières données du LHC avec des collisions à 7 TeV. Puisque la luminosité actuelle du LHC ne permet pas encore d'étudier avec précision les taux de production des bosons W et Z sur les données, une étude à partir du générateur Pythia a été menée sur la physique des électrons dans la partie avant.

La mesure de la phase phis violant la symétrie CP dans les désintégrations Bs -> J/psi phi est une des analyses phares de l'expérience LHCb. Le Modèle Standard prédit cette observable avec une faible incertitude théorique. La présence de Nouvelle Physique notamment dans les diagrammes en boucle de l'oscillation Bs - anti Bs peut significativement modifier la mesure de cette phase. Durant cette thèse, nous avons participé à différents aspects de l'analyse des désintégrations Bs -> J/psi phi. Nous avons proposé une sélection multi-variables, basée sur un algorithme d'arbres de décision boostés. Cette nouvelle sélection augmente le nombre de signal Bs -> J/psi phi de 19% mais nécessite une correction temporelle. Une étude portant sur l'origine des distorsions angulaires caractéristiques des désintégrations Bs -> J/psi phi a aussi été menée. Il s'avère que la principale source de distorsion est la géométrie du détecteur LHCb. Nous avons aussi contribué à un autre élément clef de cette analyse : l'étiquetage de la saveur. Afin de connaître la saveur initiale des mésons B, un algorithme d'étiquetage a été développé. Il exploite les traces chargées provenant du hadron B de côté opposé. Nous avons participé à son optimisation ainsi qu'à son étalonnage en étudiant les désintégrations Bd -> J/psi K*. En utilisant l'intégralité des données enregistrées en 2011, soit 1 fb-1, après optimisation et calibration de cet algorithme, la puissance d'étiquetage dans le canal Bs -> J/psi phi est : (2.29 +- 0.07 +- 0.26) %. La valeur de phis mesurée est alors : \phis = -0.001 +- 0.101 +- 0.027 rad dans les désintégrations Bs -> J/psi phi. L'analyse combinée de Bs -> J/psi phi avec les désintégrations Bs -> J/psi \pi+ \pi- donne la meilleure mesure mondiale de \phis = -0.002 +- 0.083 +- 0.027 rad. Cette mesure est compatible avec le Modèle Standard, mais ses incertitudes laissent possible la présence de Nouvelle Physique.

Les études de différentes propriétés des paires top-antitop dans l'état final dileptonique sont présentées dans cette thèse. Deux analyses ont été réalisées dans des expériences différentes : l'une à D0 auprès du Tevatron, l'autre dans ATLAS auprès du LHC. Les deux collisionneurs étant différents, les mesures qui y sont réalisées sont complémentaires pour les études des propriétés du top. La première analyse, réalisée dans l'expérience D0, a consisté à faire une mesure simultanée de la section efficace de production des paires top-antitop et du rapport d'embranchement t -> Wb Cette mesure a été réalisée dans le canal dileptonique avec un lot de données correspondant à une luminosité de 5,4 fb⁻¹. Elle a ensuite été combinée avec la mesure réalisée dans le canal semileptonique pour obtenir une précision de 8% sur la section efficace, comparable à la précision des calculs théoriques. La deuxième analyse présentée, réalisée dans l'expérience ATLAS , a consisté à mesurer l'asymétrie de charge du quark top dans le canal dileptonique avec le lot de données enregistré par ATLAS en 2011, soit 4,7 fb⁻¹. Les résultats ont ensuite été combinés avec le résultat du canal semileptonique obtenu avec 1 fb⁻¹. On mesure : A^C(ttbar) = 0,029 +- 0,018 (stat.) +- 0,014 (syst.), ce qui est compatible avec la prédiction du modèle standard de 0,004 +- 0,001.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes représentent le seul moyen pour appréhender en laboratoire le diagramme de phase de la QCD, la théorie de l'interaction forte. Les prédictions théoriques les plus récentes, obtenues par la technique de calcul sur réseau, prévoient une transition de phase entre la matière nucléaire froide (un gaz hadronique) et un plasma de quarks et de gluons (milieu déconfiné). Parmi les différentes sondes expérimentales possibles, l'intérêt des saveurs lourdes est en principe de pouvoir caractériser le milieu produit lors d'une collision entre ions lourds, mais également de pouvoir obtenir des informations sur son évolution spatio-temporelle. Leur étude peut se faire entre autres par le biais de leur canal de désintégration en muons. Cette Habilitation à Diriger des s développe dans une première partie la problématique des collisions d'ions lourds ultra-relativistes, en mettant l'accent sur l'étude des saveurs lourdes. Dans une deuxième partie, les résultats obtenus auprès du collisionneur RHIC (BNL, New York) sont passés en revus, et l'analyse du spectre en masse des dimuons menée au sein de l'expérience PHENIX est détaillée. Enfin, la troisième partie décrit d'une part les développements instrumentaux réalisés pour le système de déclenchement des muons dans l'expérience ALICE auprès du LHC (CERN, Genève), et d'autre part les performances attendues pour l'étude des dimuons.

La recherche en physique des particules recouvre des activités diverses depuis la conception des expériences, la mise en route et le suivi des détecteurs, le traitement des données et leur analyse, jusqu'à la communication des résultats aux scientifiques et au grand public. Le document illustre différentes facettes de cette recherche via: la description de la grille de calcul et de stockage qui permet le traitement des données enregistrées par les expériences du LHC et en particulier par l'expérience ATLAS; une mesure de la section efficace top-antitop avec l'expérience D0 auprès du Tevatron; la description de quelques actions de diffusion des connaissances auprès du grand public.

La physique des ions lourds a pour objectif ultime d'étendre le domaine d'application du Modèle Standard de la physique des particules à des systèmes de taille finie, complexes et dynamiques. En particulier, elle vise à comprendre comment apparaissent, à partir des lois microscopiques de la physique des particules élémentaires, des phénomènes collectifs et des propriétés macroscopiques mettant en jeu un grand nombre de degrés de liberté. La réalisation de ce programme scientifique passe par une caractérisation du plasma de quarks et de gluons (QGP), l'état déconfiné de la matière nucléaire qui peut être formé à l'aide de collisions d'ions lourds accélérés à des énergies ultra relativistes. L'expérience ALICE exploite les collisions Pb-Pb, proton-Pb et proton-proton du LHC pour mesurer les propriétés fondamentales du QGP comme, par exemple, la température critique du déconfinement ou les coefficients de transport de la matière déconfinée. L'état QGP de la matière aurait été, selon le modèle cosmologique du Big Bang, l'état de la matière dans l'Univers naissant entre le moment de la transition de phase électrofaible et le moment du confinement, correspondant à une nouvelle transition de phase de la matière. Connaître la structure du QGP ainsi que ses propriétés dynamiques est ainsi un prérequis pour comprendre l'évolution de l'Univers. Une brève introduction au QGP et à la physique des ions lourds est donnée au Chapitre 1. L'équipe ALICE de l'IPN de Lyon a participé au développement de l'expérience ALICE à travers deux contributions. La première est la construction d'un détecteur nommé VZERO, qui se compose de deux hodoscopes de scintillateurs organiques situés de part et d'autre du point d'interaction. La fonction première du VZERO est le déclenchement de bas niveau de l'ensemble de l'expérience ALICE en fournissant également un déclenchement sensible à la densité d'énergie disponible lors de la collision. Les performances de ce détecteur se sont montrées suffisantes pour qu'il devienne un détecteur crucial à l'expérience, permettant la mesure de la luminosité délivrée par le LHC à l'expérience ALICE ainsi que la mesure des caractéristiques géométriques de la collision. Le VZERO est également utilisé pour des mesures relatives à la physique du QGP comme la mesure de la densité de particules chargées produites dans la collision ou la mesure de l'écoulement collectif induit par la présence du QGP. Le détecteur VZERO est décrit au Chapitre 2. Le QGP peut être étudié par le biais de nombreuses observables. Parmi celles-ci, l'étude de la production de muons est l'une des plus prometteuses. En effet, les muons sont produits à toutes les étapes de l'évolution du plasma et, n'interagissant pas fortement avec le milieu créé, s'échappent librement du plasma, nous renseignant ainsi sur les propriétés du milieu à toutes les phases de son évolution. L'expérience ALICE dispose d'un spectromètre à muons permettant ces mesures. La seconde contribution du groupe est le développement d'un système de contrôle de la position des chambres de trajectographie du spectromètre à muons de ALICE, nommé GMS (Geometry Monitoring System). Le système GMS, constitué d'un réseau de senseurs optiques, permet de mesurer les déplacements lents des chambres de trajectographie avec une résolution de l'ordre de 45 microns. Ce système a permis d'atteindre les performances attendues du spectromètre en terme de résolution en impulsion. J'ai eu la chance de participer à toutes les étapes de la construction de ces détecteurs, à leur mise en place et leur utilisation lors du run 1 du LHC (prise de données couvrant les années 2009 - 2013). Le spectromètre à muons et son système d'alignement sont décrits au Chapitre 3. Le groupe ALICE de l'IPNL a une longue histoire scientifique dans l'étude des collisions d'ions lourds. L'équipe a en particulier participé aux expériences NA38, NA50 et NA60 auprès du SPS du CERN. Historiquement, le groupe est donc impliqué dans l'étude du spectre en masse invariante dimuon. Depuis les débuts de la composante Muon de l'expérience ALICE, le groupe a la charge de l'étude de la production des mésons vecteurs de basse masse ( $\rho, \omega, et \theta$ ) dans leur canal de désintégration dimuonique. Les mésons vecteurs de basse masse, et principalement le méson , sont sensibles aux effets de milieu et à la restauration de la symétrie chirale, symétrie spontanément brisée dans QCD aux énergies et densités normales, mais une restauration de celle-ci est prédite par les calculs de QCD sur réseau aux températures atteintes au LHC. L'étude des mésons vecteurs de basse masse est décrite au Chapitre 4. Une nouvelle phase de l'expérience ALICE est devant nous : l'amélioration des détecteurs actuels afin de pouvoir profiter pleinement de la montée en énergie et en luminosité du LHC après 2018. Dans le cadre de ces améliorations, un nouveau détecteur en pixels de silicium (Muon Forward Tracker - MFT) a été proposé et accepté par la collaboration ALICE et le comité LHC, permettant la mesure des muons dans l'acceptance du spectromètre actuel. La mise en concordance des informations provenant du spectromètre à muons d'une part et du MFT d'autre part permettra d'enrichir de façon spectaculaire le programme de physique accessible dans le domaine des muons. Les analyses actuelles seront bien entendues améliorées, mais surtout de nouvelles mesures seront possibles grâce à l'ajout du MFT. Parmi celles-ci nous pouvons citer la possibilité de séparer les J/$\psi$ prompts de ceux provenant de la décroissance de hadrons beaux et ce jusqu'à une impulsion transverse nulle. Le MFT et ses performances attendues sont décrits au Chapitre 5.