Le LHC est un collisionneur de protons d'une énergie de 14 TeV dans le centre de masse situé au CERN. Les premières collisions sont attendues à l'automne 2009. L'expérience ATLAS est l'une des deux expériences généralistes installées auprès du LHC. L'énergie disponible et la haute luminosité du LHC permettront à ATLAS de rechercher le boson de Higgs ainsi que les nouvelles particules prédites par les modèles de physique au-delà du modèle standard. Les muons occupent une place importante pour les mesures du modèle standard ainsi que pour la recherche de nouvelle physique. Cette thèse étudie la recherche directe de Z' se désintégrant en une paire de muons. Un petit nombre d'événements suffit pour découvrir un Z' ce qui est envisageable dès les premières collectes de données. On y étudiera notamment les effets de l'alignement du spectromètre à muons sur des traces de haut pT et sur le potentiel de découverte de Z' de l'expérience ATLAS. Cette analyse s'inscrivant dans le cadre du démarrage du LHC, l'alignement du spectromètre à muons n'aura pas atteint les performances nominales. Des muons de hauts pT ont été utilisés pour estimer l'impact d'un alignement dégradé sur la reconstruction de traces. Les comparaisons ont été faites en terme d'efficacité de reconstruction, de résolution en impulsion et en masse invariante, d'identification de la charge et de sensibilité à la découverte ou à l'exclusion. Pour les premières données du LHC une analyse avec le spectromètre seul est nécessaire. Enfin, une étude complète pour déterminer la géométrie initiale du spectromètre à muons en utilisant des traces sans champ magnétique toroïdal a été menée.

DO est l'une des 2 expériences du collisionneur p-pbar du Fermi National Accelerator Laboratory près de Chicago. Après 5 années d'arrêt, le Run II a débuté en mars 2001. Il permettra d'explorer de nouveaux domaines de masses de squarks et de gluinos, particules supersymétriques dont la signature en jets et énergie transverse manquante est l'objet de ce travail. Mais, avant le démarrage, j'ai travaillé sur des améliorations hardware et software de la mesure de l'énergie, essentielle pour les jets et l'énergie transverse manquante.<br> Une simulation des chaînes de lecture et de calibration de chaque voie du calorimètre a été réalisée. Son résultat dépend de 8 grandeurs caractéristiques qui ont été extraites par traitement du signal de mesures de réflectométrie temporelle. Elle permettra de définir une stratégie de calibration du calorimètre.<br> Une clusterisation des dépôts d'énergie calorimétrique a été réalisée (cel1NN) basée sur la cellule et non la tour et exploitant au maximum la granularité du calorimètre notamment en débutant dans le Sème compartiment électromagnétique, 4 fois plus granulaire que les autres. L'information longitudinale permet de séparer les particules électromagnétiques et hadroniques superposées. Ainsi, tous les éléments indispensables â la reconstruction individuelle des gerbes sont mis en oeuvre.<br> Puis, l'energy flow combine les clusters ce11NN et les traces reconstruites dans la cavité centrale pour conserver la meilleure mesure de l'énergie et améliorer ainsi la reconstruction du flux d'énergie de chaque événement.<br> L'efficacité des déclenchements calorimétriques actuels a été déterminée et utilisée pour une recherche de squarks et gluinos utilisant des événements Monte Carlo dans le cadre de mSUGRA. Une limite inférieure sur les masses des squarks et des gluinos qu'atteindra DO avec 100 pb-1 de luminosité est prédite â partir d'outils de reconstruction standards; elle pourra être améliorée grâce à l'utilisation de l'energy flow.

Apres une quinzaine d'annees de developpement, le detecteur Atlas est operationnel. Fin 2008, il enregistra plusieurs millions d'´evenements cosmiques ainsi les premieres donnees à un faisceau LHC. Cette reussite est le resultat d'une longue strategie de tests sous faisceau et des efforts menes par la collaboration lors de la mise en service dans la caverne du detecteur. Une exploitation rapide et fiable des premieres donnees pour la recherche du boson de Higgs et de nouvelle physique est donc attendue. J'ai contribue significativement à la mise en service du calorim`etre ´electromagn´etique (EM). Je me suis interesse à l'´etude de la reponse de ce sous d´etecteur aux muons cosmiques. Ces premieres donnees ont permis de rechercher des canaux morts, de tester la reconstruction de l'´energie ainsi que l'uniformite spatiale de la reponse du detecteur. Ma participation à cette mise en service s'est poursuivie par l'´etude des donnees acquises à l'aide d'un seul faisceau lors du demarrage du LHC (Sept. 2008). L'expertise du calorimetre EM acquise m'a ensuite permis d'etudier l'impact de la qualite des premieres donnees du LHC sur le potentiel de decouverte d'un Z' --> e+e-. Les limites induites par de possibles problemes hardware ou d'etalonnage en énergie ont été estinees. Etant donne le nouvel agenda du LHC, cette analyse sera possible avec les collisions pp à 10 TeV de 2010.

Le programme de physique de l'expérience ATLAS auprès de l'accélérateur LHC au CERN couvre un vaste domaine allant de la physique du Modèle Standard, avec la recherche d'un boson de Higgs, à la recherche de nouvelle physique (comme la recherche de super-symétrie ou de dimensions supplémentaires). Cette thèse s'oriente selon deux axes principaux. Elle présente premièrement des études liées à l'électronique de calibration et d'acquisition des signaux issus du calorimètre électromagnétique à argon liquide du détecteur ATLAS. Deuxièmement, elle présente des études menées dans le cadre de la recherche d'un boson de Higgs du Modèle Standard dans sa désintégration en deux photons : l'un des canaux de recherche les plus importants dans la région de basse masse favorisée par des mesures de précision et des prédictions théoriques. Ces études portent en particulier sur la reconstruction et l'utilisation des photons convertis en paires électron-positron dans le but d'améliorer le potentiel de découverte du boson de Higgs dans ce canal de désintégration. D'autres aspects liés à la validation du code de simulation rapide du détecteur ATLAS y sont également décrits, concernant ses performances sur la simulation et la reconstruction des photons convertis et non-convertis mais aussi sur le signal de physique $H\to\gamma\gamma$.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie transverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées au début du Run IIb entre juillet 2006 et aout 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1 qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse décrit ici est consacrée au système de déclenchement du détecteur D0, qui constitue la première étape de toutes les analyses, et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements « jets+met » basés sur la présence de jets et d'énergie transverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de<br />l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central (CPS) dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est :<br />sigma=7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)±0,45(lumi) pb<br />Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta, mH±) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la préparation Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la préparation du détecteur CMS auprès du futur collisionneur LHC au CERN dont la mise en service est prévue pour les années 2004-2005. Le travail est divisé en deux parties. La première comprend une étude générale sur l'identification des électrons de faible énergie en utilisant la très fine granularité et la très bonne résolution en énergie du calorimètre électromagnétique de CMS. L'efficacité de l'algorithme est de $\sim$ 60% et le facteur de réjection des hadrons est de $\sim$400. Les électrons ainsi identifiés peuvent être utilisés comme des particules d'étiquetage pour les mésons beaux ou pour reconstruire les décroissances inclusives $B^0_d -> J/\Psi(->e+e-) +X$. La réévaluation de la sensibilité aux angles $\alpha$ et $\beta$ du triangle CKM d'unitarité avec ces nouvelles possibilités et des fonctions de structure du proton récentes donne: $\delta$(sin 2$\alpha$) = 0.06$^{+0.018}_{-0.014} $ $\delta$(sin 2$\beta$) = 0.053$^{+0.017}_{-0.012}$ Ces résultats sont comparables avec ceux attendus par les expériences dédiées à la physique du B. La deuxième partie a consisté à développer un nouveau type de chambres gazeuses à micropistes (MGC) où les anodes sont séparées d'un plan cathode par une couche isolante de quelques microns. Cette géométrie permet une collection rapide des charges ($\sim$10ns), d'atteindre des gains supérieurs à 3000 et d'avoir une résolution en énergie de 20 % pour le pic d'une source de 55Fe.

Dans le cadre de la préparation de l'expérience L3 sur LEP au CERN, cette thèse présente une étude d'une portion du calorimètre électromagnétique formée de 100 cristaux de germanate de bismuth (B.G.O.). La lumière de scintillation de chacun des cristaux est lue par des photodiodes de grande surface (2 X 1.5 cm2).<br />L'electronique asociée aux photodiodes est étudiée de façon détaillée depuis les préamplificateurs de charge (responsabilité spécifique du groupe de lyon) jusqu'aux convertisseurs analogique-digital.<br />En particulier, le rapport signal sur bruit est discuté en relation avec les performances du détecteur à basse énergie. Le bruit électronique obtenu par cristal est de l'ordre de 1300 électrons, soit 1.5 MeV B.G.O. Il comporte une partie intrinsèque et une forte partie corrélée qui joue un rôle important à basse énergie dans la dégradation de la résolution en énergie. L'ensemble des résultats obtenus a permis d'atteindre le stade final de la construction du calorimètre électromagnétique.

L'électronique frontale (VFE) traitant les signaux des photodétecteurs du calorimètre électromagnétique de l'expérience CMS a été soumise à un programme étendu de tests pour garantir leur fonctionnalité et fiabilité. Le système de calibration et de caractérisation précise des ~16000 VFE a été développé et utilisé à IPN Lyon pour contrôler leur qualité et mesurer les constantes de calibration qui serviront au démarrage du calorimètre complet. <br />En outre, l'évaluation et l'optimisation précises des performances de l'électronique de lecture ont été obtenues avec des données réelles au cours de tests sur des faisceaux de particules au CERN. <br />Les résultats obtenus sur bancs de tests en laboratoire ou en faisceau confirment l'excellente qualité de la production des cartes électroniques et prouvent que les spécifications du calorimètre ont été atteintes.

Depuis 20 ans, les collisions entre ions lourds sont la seule façon d'étudier la matière hadronique dans le laboratoire. Le diagramme de phase de la matière hadronique reste encore méconnu malgré les efforts expérimentaux et théoriques qui ont été entrepris ces dernières décennies afin de mieux connaître ses transitions des phases. Après une introduction générale sur le sujet, nous aborderons plus en détail deux transitions de phases de la matière hadronique: la transition liquide gaz et la transition vers le plasma de quarks et de gluons. Une vue générale sur les méthodes expérimentales pour étudier ces transitions sera ensuite présentée dans le troisième chapitre. Les résultats principaux du programme d'ions lourds mené à bien au collisionneur RHIC à BNL (Upton, NY, Etas-Unis), seront présentés dans le quatrième chapitre. Le derniers 3 chapitres seront dédiés au futur programme d'ions lourds au collisionneur LHC au CERN (Genève, Suisse), en particulier à la seule expérience dédiée à cette physique, ALICE, et à son spectromètre à muons.

Le Modèle Standard fournit une explication satisfaisante des phénomènes subatomiques à basse énergie (<1 TeV). Au-delà, d'autres modèles doivent être envisagés. Parmi eux, la Supersymétrie offre, de manière élégante, des solutions à quelques unes des insuffisances du Modèle Standard.<br />Le travail présenté dans ce document concerne la recherche d'un signal supersymétrique caractérisé par la production de deux stops se désintégrant en deux jets de b, un électron, un muon et de l'énergie manquante. Cette étude a été menée auprès de l'expérience DØ, située sur l'anneau du Tevatron à FermiLab (Chicago, USA) et dont l'énergie dans le centre de masse atteint 1,96 TeV. L'analyse de ce signal porte sur les données collectées pendant la phase IIa du détecteur DØ, d'avril 2003 à mars 2006 (~1fb^-1). L'étude d'un tel signal requiert une bonne maîtrise des différents sous-détecteurs ; aussi bien du calorimètre (électron, jet et énergie transverse manquante) que des détecteurs de muon et des trajectographes.<br />Le Tevatron est un collisionneur hadronique et le nombre de processus du Modèle Standard présentant la même signature que le signal recherché est faible. Le bruit de fond de cette analyse est donc dominé par les processus QCD. Après l'application de critères de sélection permettant de diminuer principalement cette contribution, aucun excès significatif des données par rapport aux prévisions du Modèles Standard n'a été observé. La sensibilité de l'expérience DØ a été améliorée et le domaine d'exclusion dans le plan [m˜_nu,m˜_t1 ] étendu jusqu'à des masses de stop de 170 GeV/c2 et de sneutrino de 105 GeV/c2.<br />De plus, une partie de mon travail préparatoire a consisté dans l'élaboration d'un outil de discrimination des objets calorimétriques au niveau 3 de déclenchement ; ainsi que la calibration des deux chaînes de lecture simulées au niveau 1.