In the first part of this thesis, we discuss some aspects of the four-dimensional N = 2 superconformal index of theories of class S. We first consider a generalized index on S¹ × S³/Z_r, and prove S-duality in a particular fugacity slice. We then go on to study the (round) superconformal index in the presence of surface defects. We develop a systematic prescription to compute surface defects labeled by arbitrary irreducible representations of the gauge group and subject those defects to various tests in several different limits. Each of these limits is interesting in its own right, and we go on to explore them in some depth. In the second part of this thesis, we construct the gravity duals of large N supersymmetric gauge theories defined on squashed five-spheres with SU(3) × U(1) symmetry. The gravity duals are constructed in Euclidean Romans F(4) gauged supergravity in six- dimensions, and uplift to massive type IIA supergravity. We compute the partition function and Wilson loop in the large N limit of the gauge theory and compare them to their corresponding supergravity dual quantities. As expected from AdS/CFT, both sides agree perfectly. Based on these results, we conjecture a general formula for the partition function and Wilson loop on any five-sphere background, which for fixed gauge theory depends only on a certain supersymmetric Killing vector. We then go on to construct rigid supersymmetric gauge theories on more general Riemannian five-manifolds. We follow a holographic approach, realizing the manifold as the conformal boundary of the six-dimensional bulk supergravity solution. This leads to a systematic classification of five-dimensional supersymmetric backgrounds with gravity duals.

[pt] O presente trabalho de tese é destinado ao estudo do decaimento do méson D+ KS(pi)−(pi)+(pi)+ com dados coletados pelo experimento FOCUS do Fermilab. O estado final, composto por 4 mésons pseudo- escalares, pode ser alcançado através de uma considerável variedade de sub- estruturas ressonantes. O proposito da análise é encontrar quais são estes possíveis canais intermediários através de suas contribuições e fases relativas. Para tanto, é utilizado o formalismo de Análise de Amplitudes usando o chamado Modelo Isobárico. A dinâmica do decaimento é definida através de uma função que contém as características (formas funcionais das ressonâncias, distribuição angular, etc) dos canais que intervêm no decaimento e cujo domínio é um espaço o de fase determinado por 5 invariantes (devido às restrições de decaimento em quatro corpos sem spin). A função é então ajustada ao conjunto de dados coletados. Nos resultados, verificamos uma grande contribuição do méson vetor-axial a1(1260) (52%) seguido do vetor-axial K1(1400) (34%). Além disso, o modelo apresenta contribuição da ressonância (sigma) (cerca de 8%, vinda de a1(sigmapi)KS e sigmaKSpi) e uma razoável contribuição da ressonância escalar K− (14%). O estado K já foi visto em seu modo neutro em outros decaimentos de charme, porém ainda não em seu modo carregado. Não encontramos contribui ção significativa do decaimento direto em 4 corpos (não- ressonante). Esta tese vem se somar ao esforço no entendimento da dinâmica das intera ções fortes a baixas energias, que nos últimos anos tem ganhado da física de mésons charmosos uma importante contribuição. / [en] This thesis is devoted to the study of the decay D+ KS(pi)− (pi)+(pi)+ with data collected from the FOCUS experiment, at Fermilab. The final state composed of 4 pseudo-scalars can be produced through a number of resonant sub-structures. The purpose of this analysis is to find the contributing intermediate states by measuring their relative strenghts and phases. For that, the Amplitude Analysis formalism is used, with the so-called Isobar Model. The decay dynamics is described through a function which has the features of the contributing channels (functional forms of the resonances, angular distribution, etc) and which domain is a phase space determined by 5 invariants (due to the kinematical constraints of a 4- body spinless decay). The data sample is thus fitted to this function. Our results show a dominant contribution of the axial- vector meson a1(1260) (52%), followed by the K1(1400) axial-vector (34%). Moreover, the model presents a contribution from the sigma meson (about 8% as a1(sigmapi)KS and sigmaKSpi) and a significant contribution from the scalar k−. The k state has been reported in its neutral mode in other charm decays but not is its charged mode. We find no significant contribution from the direct 4-body decay (non-resonant). This work adds to the effort in the understanding of the strong-interaction dynamics at low energies, which in recent years have been receiving an important contribution from charm meson physics.

O objetivo de investigar colisões de íons pesados no regime relativístico é de estudar os quarks e glúons em condições extremas de pressão, densidade e temperatura, reproduzindo as condições da matéria nos instantes iniciais da formação do universo. Nesse trabalho, a energia transversal ET foi investigada para colisões Au+Au no experimento STAR no RHIC a energias de feixe no intervalo de 7.7 à 200 GeV. A dependência do ET normalizado pelo número de participantes em função da centralidade e energia de colisão foi medida, bem como a dependência do ET dividido pela densidade de partículas carregadas em função da energia de colisão para colisões centrais. Os resultados desse estudo indicam que para energias menores do que 7.7 GeV, a energia transversal média por unidade de carga produzida varia significativamente com o aumento da energia de colisão, atingindo o limite de saturação para o intervalo de energias maiores do que 7.7 GeV, onde essa razão passa a ser praticamente constante em função da energia de colisão. Por fim, a componente eletromagnética da energia transversal também foi medida, e os resultados indicam que para as energias mais baixas o estado final é dominado por bárions, ao passo que para altas energias o mesmo é dominado por mésons. / The goal of relativistic heavy-ion collisions is to study the behavior of quarks and gluons under extreme conditions of pressure, density and temperature, such as those expected to have existed in the the beginning of the universe. In this work, the transverse energy ET was investigated for Au+Au collisions measured with the STAR experiment at RHIC with beam energies from 7.7 to 200 GeV. The centrality and collision energy dependence of ET per number of participants was measured, as well as the energy dependence for the ET per charged particles in central collisions. The results indicate that for collision energies less than 7.7 GeV the average transverse energy per unit charge varies significantly with increasing collision energy, reaching the saturation limit for energies higher than 7.7 GeV, where this ratio becomes almost constant. The electromagnetic fraction of the total ET was estimated, and the results are in agreement with a final state dominated by baryons, for lower energies, and a meson dominated state for higher energies.

Nesta dissertação, revisamos o desenvolvimento do mecanismo de Higgs e a sua importância para a estruturação do Modelo Padrão da física de partículas elementares sob um ponto de vista histórico e contemporâneo. Foi enfatizado como a introdução de um dubleto escalar complexo com as simetrias de gauge do modelo fez com que algumas partículas adquirissem massa. Foi apresentado o contexto da descoberta do bóson de Higgs consumada em 2012 e possíveis discrepâncias nos resultados obtidos no Large Hadron Collider que poderiam indicar a possibilidade de física nova, em especial no canal de decaimento H . Estudamos as contribuições para a largura deste bóson em dois fótons com a introdução de novas partículas fermiônicas e escalares. Uma síntese do cálculo da largura deste canal, assim como as técnicas envolvidas para realizá-lo, são apresentadas. Considerando apenas as duas contribuições dominantes, foi estimado um valor de 9,165 keV para a largura do decaimento, resultando em uma razão de ramificação de 2,24 · 10^. / In this dissertation, we review the development of the Higgs mechanism and its importance to the structure of the Standard Model of elementary particles physics from a historical and contemporary point of view. It was emphasized how the introduction of a complex scalar doublet with the gauge symmetries of the model induces some particles to acquire mass. It was presented the context of Higgs boson discovery accomplished in 2012 and possible discrepancies in the results obtained at the Large Hadron Collider which may indicate the possibility of new physics, in particular in the H decay channel. We studied the contributions to the width of this boson decay into two photons with the introduction of new fermionic and scalar particles. A synthesis of computation of this channel width, as well as techniques involved to accomplish it, are presented. Considering the only two dominant contributions, it was estimated a value of 9.165 keV for the decay width, resulting in a branching ratio of 2.24 · 10^{3}.

Neste trabalho foi realizado um estudo de colisões de íons pesados relativísticos usando um modelo hidrodinâmico com simetria cilíndrica e invariância de boost longitudinal. Foram utilizadas duas equações de estado, uma com píons livres e nucleons interagentes com massas modificadas pelo meio e outra com píons e nucleons livres e exclusão de volume. Para contemplar a possível formação do Plasma de Quarks e Glúons numa colisão nuclear relativística, em ambos os modelos foi incluída uma transição para uma fase de quarks e glúons livres. Foram calculadas distribuições de momento transversal para prótons e píons produzidos em colisões no AGS, no SPS e no RHIC. Os resultados obtidos com os dois modelos foram comparados entre si e com os dados experimentais, e concluímos que a modificação das massas das partículas devido ao efeito das interações na matéria altamente densa e quente como a que é formada numa colisão nuclear é uma possibilidade que não pode ser descartada. / In this work a study on relativistic heavy ion collisions was performed using a hydrodinamical model with cylindrical symmetry and longitudinal boost invariance. Two equations of state were used, one with free pions and interacting nucleons with medium modified masses and another with free pions and nucleons and volume exclusion. To implement the possible formation of the Quark-Gluon Plasma in a relativistic nuclear collision, in both models a transition to a phase of free quarks and gluons was included. Distributions for transverse momentum were computed for protons and pions produced in collisions at the AGS, SPS and RHIC. The results obtained with the two models were compared with each other and with the experimental data, and we concluded that the modification in the masses of the particles due to the interaction effects in the highly dense and hot matter, as the one formed in a nuclear collsion, is a possibility that cannot be dismissed.

Usando as Regras de Soma da QCD, testamos se a nova estrutura estreita, X(4350) recentemente observada pela Colaboração Belle, pode ser descrita como um estado molecular DsDs0 exótico JPC = 1+. Consideramos as contribuições dos condensados de dimensão oito, trabalhamos com os termos dominantes em s mantendo os termos lineares na massa do quark estranho ms. A massa obtida é igual a mDsDs0 = (5.05±0.19) GeV. Consideramos também uma corrente molecular 1+, DD0 e obtemos mDD0 = (4.92 ± 0.08) GeV. Concluímos que não é possível descrever a estrutura X(4350) como um estado molecular 1+ DsDs0. / Using the QCD sum rules we test if the new narrow structure, the X(4350) recently observed by the Belle Collaboration, can be described as a JPC = 1+ exotic DsDs0 molecular state. We consider the contributions of condensates up to dimension eight, we work at leading order in s and we keep terms which are linear in the strange quark mass ms. The mass obtained for such state is mDsDs0 = (5.05 ± 0.19) GeV. We also consider a molecular 1+, DD 0 current and we obtain mDD0 = (4.92 ± 0.08) GeV. We conclude that it is not possible to describe the X(4350) structure as a 1+ DsDs0 molecular state

La thèse est consacrée à l’étude de la diffraction en utilisant le détecteur ATLAS auprès du LHC. Après Une courte introduction à la physique diffractive incluant la diffraction « dure » et « molle », nous présentons la production diffractive exclusive qui est particulièrement intéressante pour produire des jets et le boson de Higgs. Le mécanisme décrit par le formalisme de Khoze Martin et Ryskin et celui de CHIDe sont décrits en détail. Les sources d’incertitude dans la description théorique sont encore importantes et une nouvelle mesure de la section efficace de production exclusive de jets au LHC permettra de réduire l’incertitude de la production diffractive de boson de Higgs à un facteur 2 à trois. La mesure de la production exclusive de pions pp ! p_+_−p permet de contraindre les modèles de manière plus précise en utilisant les détecteurs ALFA, qui sont utilisés dans l’expérience ATLAS pour la détection de protons diffusés dans les interactions élastiques et diffractives. Les détecteurs AFP décrits dans la dernière partie de la thèse, mesurant les protons dispersés après interaction diffractive sont présentés. Ils permettent d’étendre le programme de physique d’ATLAS, avec en particulier, la production centrale diffractive de boson W, ce qui rend possible une meilleure compréhension de la nature des échanges diffractifs. / The thesis is devoted to the study of diffractive physics with the ATLAS detector at the LHC. After a short introduction to diffractive physics including soft and hard diffraction, we discuss diffractive exclusive production at the LHC whichis particularly interesting for Higgs and jet production. The QCD mechanism described by the Khoze Martin Ryskin and the CHIDe models are elucidated in detail. The uncertainties on these models are still large and a new possible exclusive jetmeasurement at the LHC will allow to reduce the uncertainty on diffarctive Higgs boson production to a factor 2 to 3. An additional measurement of exclusive pion production pp ! p_+_−p allows to constrain further exclusive model relying on theuse of the ALFA stations, which are used in the ATLAS Experiment for detection of protons scattered in elastic and diffractive interactions. In the last part of the thesis, the AFP detectors, aiming at measuring the protons scattered in diffractive interactions, are presented. They allow to extend substantially the ATLAS physics programme. In particular, the study of the central diffractive W boson production process makes possible a better determination of the nature of diffractive exchanges.

Le but de cette thèse est d'évaluer le potentiel de découverte par le détecteur ATLAS au Large Hadron Collider (LHC) du boson de Higgs du modèle standard. Le mode de production etudié est défini par la fusion de bosons vecteurs (VBF) suivie de la désintégration en une paire de leptons τ (H → τ ^+ τ ^−). C'est l'un des canaux de découverte les plus prometteurs pour un boson de Higgs de basse masse, qui est favorisé par les mesures de précision dans le secteur électro-faible. Deux modes de désintégration ont été étudiés: celui où les deux leptons τ se d´esintègrent en lepton et celui où un lepton τ se désintègre en lepton et l'autre en hadron. La topologie caractéristique de fusion de bosons vecteurs, qui est constituée des deux jets vers l'avant du détecteur et des produits de désintégration de boson de Higgs dans la région centrale, fournit une signature unique permettant la suppression du bruit de fond. En outre, puisque la fusion des bosons vecteurs est un processus purement électro-faible, aucune activité de QCD n'est prévue et donc aucun jet central n'est attendu pour des événements de signal. Ceci permet l'application de la coupure de “central jet veto” pour encore réduire le bruit de fond. Une analyse basée sur des coupures a été utilisée, se concentrant sur l'optimisation de la coupure de “central jet veto”. L'objectif principal était d'étudier le potentiel de découverte du boson de Higgs avec ATLAS, sous une luminosité intégrée de 30 fb^−1 dans la gamme de masse 115 GeV≤ m_H ≤140 GeV, pour une énergie au centre de la masse √s=14 TeV. Après l'application des coupures, un excès au-dessus de 5σ de signal significance a été trouvé pour la gamme de masse 115 GeV ≤ m_H ≤125 GeV. Dans le canal de désintégration H → τ^ + τ ^ −, la résolution de l'énergie transverse manquante ( E_T ) est importante puisqu'elle affecte directement la résolution sur la masse du boson de Higgs. Cela a été la motivation initiale pour réaliser et présenter dans cette thèse une étude de “commissioning” calorimétrique basé sur les quantités E_T , plus particulièrement sur la contribution du bruit de l'électronique, mesurée dans des événements cosmiques enregistrés pendant l'automne 2008. Un comportement gaussien de bruit dans tous les calorimètres de l'argon liquide a été trouvé, tandis qu'un comportement non-gaussien dans une partie du calorimètre à tuile scintillante a été observé. Pour ce dernier, un nouveau modèle de bruit a été examiné utilisant une paramétrisation de double gaussienne ayant pour résultat une description plus réaliste. En conclusion, cette analyse a fourni un outil de “commissioning” du calorimètre, qui a permis l'observation et la correction de plusieurs effets dans le comportement des calorimètres d'ATLAS.

Dans cette thèse, nous avons étudié les mécanismes de diffusion Raman induite par les collisions dans le cas du CO2 comprimé et en mélange avec de 'argon, ceci pour les bandes v2 et v3. Nous avons analysé des mélanges de concentrations relatives différentes, dans l'intervalle de pressions 10-100 atm, et déterminé les sections efficaces, qui caractérisent les interactions CO2-CO2 et CO2-Ar, en unités absolues. Nous avons optimisé le seuil de détection du signal, ce qui nous a permis, pour la première fois, d'acquérir les deux moments principaux qui caractérisent les diffusions isotrope et anisotrope. Nous avons découvert un nouvel effet : une diffusion Raman qui change la parité de la molécule libre et qui est liée à l'émission dipolaire magnétique. Pour interpréter quantitativement les moments mesurés, nous avons élaboré une technique diagrammatique pour calculer les caractéristiques électro-optiques des couples déterminés par les interactions à longues distances. L'analyse diagrammatique de la polarisabilité induite a permis de révéler le nouveau mécanisme d'induction qui est lié à la polarisation non linéaire du partenaire de collision par le champ extérieur et par le champ du moment dipolaire transitoire de la molécule qui effectue la transition ( mécanisme NLD). Nous avons défini les formules des moments des bandes Raman induites par les interactions anisotropes des couples de molécules linéaires. Notre calcul a montré le rôle substantiel du mécanisme NLD dont la prise en compte permet d'obtenir un bon accord avec les résultats expérimentaux.

Cette thèse traite de la magnétométrie dans le cadre de la mesure du moment électrique dipolaire du neutron avec le spectromètre RAL/Sussex/ILL. En particulier, le co-magnétomètre mercure, pré-existant, a été modélisé et optimisé en vue de son utilisation pour les prochaines mesures au Paul Scherrer Institut (Villigen, Suisse) en 2010-2012. Sur la base de données prises a l'Institut Laue-Langevin (Grenoble, France), la complémentarité entre la magnétométrie externe césium et la co-magnétométrie mercure a été étudiée. Un tel système de double magnétométrie est unique. Cette étude débouche sur une méthode permettant un meilleur contrôle des erreurs systématiques liées au co-magnétomètre mercure et sur une nouvelle contrainte sur des couplages exotiques du neutron libre violant l'invariance de Lorentz.