La première partie de cette thèse porte sur l'intégration d'un bouchon du trajectographe au silicium de l'expérience CMS. Les procédures mises en œuvre et les tests qui ont permis d'aboutir à la qualification du système de détection sont présentés dans ce document.<br />La deuxième partie est dédiée à la recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top. Une des voies les plus prometteuses consiste à rechercher une résonance dans la distribution en masse invariante des paires de quarks top. Une analyse réalisée en simulation complète dans le canal lepton+jets montre qu'à l'échelle du TeV, des processus de quelques centaines de fb à 1 pb pourraient être observés lors des premières années de prises de données.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes au LHC devraient permettre de former le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les photons, insensibles à l'interaction forte qui domine ce milieu sont une sonde intéressante pour l'étude du PQG. Les gamma-jets sont des processus durs et rares où un photon et un parton sont émis dos à dos. Le parton hadronise en une gerbe de particules appelée jet. Ces jets sont atténués (jet quenching) par interaction forte du parton avec le PQG. La perte d'énergie, ou plus exactement la redistribution de l'énergie du jet, est mesurable par la modification de la distribution de l'énergie des particules appartenant au jet entre les collisions p-p et Pb-Pb (fonction de fragmentation ou distribution en « hump-backed plateau »). Cette mesure nécessite l'énergie initiale du jet, ce que les gamma-jets permettent d'obtenir de façon précise.<br />Notre travail consiste à utiliser le calorimètre EMCal pour détecter un photon en corrélation avec un jet reconstruit dans la partie centrale d'ALICE, puis à comparer ces distributions en énergie pour des collisions p-p et Pb-Pb.<br />Dans un premier temps, la physique des gamma-jets est abordée, puis nous présentons l'identification des particules dans EMCal afin de reconnaître un photon direct, c'est-à-dire un photon émis en corrélation avec un jet. Ensuite, des méthodes d'identification et de reconstruction du jet sont développées pour pouvoir déterminer les distributions de « hump-backed plateau ». Enfin ces techniques sont testées afin d'évaluer les capacités d'ALICE et notamment d'EMCal pour étudier les gamma-jets au LHC et d'apprécier la sensibilité de cette sonde pour explorer le PQG.

Un imageur Cherenkov, CherCam (CHERenkov CAMera), a été développé et construit pour être intégré à l'expérience CREAM (Cosmic-Ray Energetic and Mass) embarquée en ballon. Cette instrument doit permettre de mesure le charge du rayonnement cosmique nucléaire allant du protron au fer dans une gamme d'énergie s'étendant de 1E10 à 1E15 eV.<br />La thèse s'est principalement orienté sur le développement de CherCam par la création d'une simulation et de la caractérisation du plan radiateur en aérogel de silice. Mais elle s'est aussi largement étendu sur les aspects technique par la construction du détecteur et ses différents tests, ainsi que par le développement des logiciel d'étalonnage et d'analyse.

Cette thèse comporte une analyse des données de l'expérience NEMO3 et l'étude d'un détecteur BiPo. NEMO3 recherche un signal de double désintégration bêta 2beta0nu par détection directe des 2 électrons émis, avec un trajectographe couplé à un calorimètre. J'ai étudié complètement le bruit de fond, et fourni la mesure la plus précise de la période du processus avec émission de deux électrons et deux neutrinos 2beta2nu du 130Te : T1/2(2nu) = 6,1±1,2(stat)±0,4(syst) 10^20 ans. Ce résultat contraint aussi les calculs théoriques sur la masse effective du neutrino m_betabeta du 130Te : T1/2(0nu) >5,0 10^22 ans et m_betabeta < 1,5–5,3 eV. SuperNEMO est un projet à 100 kg d'émetteurs betabeta, pour mesurer T1/2(0nu) >10^26 ans, et qui reprend le principe de détection de NEMO3 en augmentant l'efficacité et la radiopureté du détecteur, en améliorant la résolution en énergie et en réduisant le bruit de fond. Ce dernier sera finalement dû aux contaminations radioactives naturelles internes aux sources, et les exigences de radiopureté sont élevées (A(208Tl)<2 microBq/kg) et au-dessous des limites de sensibilité actuelles. La collaboration étudie un détecteur BiPo pour la mesure du 208Tl, par identification de la cascade 212Bi→212Po→208Pb. La source à mesurer est déposée entre deux plans de scintillateurs donnant les énergies et les temps. J'ai mené l'étude du prototype BiPo1, démontré la faisabilité technique, validé le principe, et déterminé la sensibilité de mesure de sources par rapport au bruit de fond. L'analyse des données de BiPo1 permet d'envisager la mesure de 5 microBq/kg en 208Tl avec BiPo, ce qui est proche des exigences pour SuperNEMO et représente un gain d'un facteur 4 par rapport aux possibilités actuelles.

Le Modèle Standard, qui régit la physique des particules, a été jusqu'à présent confirmé par l'expérience. Cependant, les questions qu'il laisse en suspens ont conduit à proposer plusieurs modèles permettant son extension. L'un de ces modèles postulant l'existence d'une quatrième famille de fermions permet de résoudre certaines des lacunes du Modèle Standard. Ce travail, effectué dans le cadre de l'expérience ATLAS au LHC, présente des méthodes permetttant de découvrir le quark up de quatrième génératition u4 produit par paire qui se désintègre de manière semi-leptonique. Une méthode de calibration de l'énergie des jets ainsi qu'une méthode d'évaluation de la résolution de cette énergie sont d'abord présentées car essentielles pour des mesures précises. Nous décrivons ensuite une méthode pour découvrir le quark u4 tout en évaluant le potentiel de découverte. Enfin une mesure de la masse de ce quark est alors réalisée dans l'hypothèse où une découverte a été effectuée.

Le quark top a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Aujourd'hui, la quantité de données collectées par chaque expérience est devenue suffisante pour étudier avec precision ce quark très massif. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paires de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant deux électrons, deux jets de particules et de l'énergie transverse manquante. Elle utilise un échantillon de données de 1 fb-1 enregistré par l'expérience D0 entre 2002 et 2006.<br />La reconstruction et l'identification des électrons et des jets sont primordiales pour cette analyse, et ont été étudiées dans une topologie où un boson Z est produit en association avec un ou plusieurs jets. Le processus Z+jets constitue en effet le bruit de fond physique dominant pour la production top-antitop dans l'état final diélectron.<br />Le principal enjeu de la mesure de section efficace est la vérification des prédictions du Modèle Standard. Dans ce manuscrit, ce résultat est également interprété pour extraire de façon indirecte la masse du quark top. Par ailleurs, la mesure de la section efficace est sensible à une éventuelle manifestation de nouvelle physique telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé. La sélection établie pour mesurer la section efficace de production top-antitop a été mise à profit pour rechercher un boson H+ plus léger que le quark top, ce dernier pouvant ainsi se désintégrer en un boson W+ ou H+ et un quark b. Dans le modèle étudié, le boson H+ se désintègre exclusivement en un lepton tau et un neutrino.

Ces dernières années ont connu de grandes avancées en cosmologie et en astrophysique grâce à l'incroyable précision atteinte par les mesures des paramètres cosmologiques. La matière Noire (MN) apporte un lien entre ces mesures et celles effectuées en collisionneurs comme le LHC ou le collisionneur linéaire qui permettra d'augmenter encore la précision sur les propriétés de la MN. Les prédictions théoriques doivent alors atteindre la même précision que les mesures expérimentales portant sur la MN. Le neutralino du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) est un excellent candidat de MN. Le travail de cette thèse porte sur le développement d'un programme de renormalisation complet et cohérent du MSSM permettant le calcul à une boucle de toutes sortes de processus. Pour faciliter l'implémentation de ce programme qui tient compte d'un grand nombre de paramètres du modèle ainsi que d'un nombre incroyable de diagrammes de Feynman, un outil automatique a été développé. Celui-ci a permis d'étudier une grande variété d'applications à une boucle, de la détermination des masses, des désintegrations, des sections efficaces aux collisionneurs jusqu'à la prédiction de la densité relique de MN froide pour différents scénarios. D'un point de vue théorique, plusieurs schémas de renormalisation du paramètre tan(β) ainsi que leur dépendance de jauge ont été analysés, ceci en partie grâce à l'utilisation d'une fixation de jauge non linéaire qui a permis de généraliser certaines identités de Ward du secteur de Higgs.

Les interactions QCD dans l'état final des désintégrations supprimées de couleur B0->D(*)0 pi0, eta, omega et eta' sont mal décrites par un traitement QCD perturbatif dont les prédictions sur la valeur du rapport d'embranchement sont en désaccord avec les mesures récentes. <br />En effet des mesures faites par les expériences BaBar et BELLE en 2001 et en 2004 ont conclu à la présence non négligeable d'interactions fortes dans l'état final, non prédites par le modèle QCD de la factorisation naïve. Une nouvelle mesure plus précise est nécessaire pour tester et contraindre les théories effectives qui prennent en compte ces effets QCD telles SCET ou pQCD. Enfin des mesure précises contraindraient d'avantage les modèles des désintégrations supprimées de couleur et fourniraient des contraintes indirectes sur le rapport rB qui est un paramètre important pour la mesure de l'angle CKM gamma avec les désintégrations B- -> D(*)0K- . L'objet de cette thèse est la mesure des rapports d'embranchement de ces désintégrations supprimées de couleur avec l'ensemble des runs 1 à 6 de BaBar soit environ 454 millions de paires BBbar.

Le travail de cette thèse est consacré à la recherche de leptons excités de première génération dans les données enregistrées par l'expérience H1 auprès du collisionneur électron (positron)-proton HERA. <br /><br />Cette recherche est motivée par les approches théoriques qui étendent le modèle standard en supposant l'existence de sous-structures composites aux leptons. <br />L'ensemble des données de collisions $e^+p$ et $e^-p$ accumulées par H1 entre $1994$ et $2007$, correspondant à une luminosité intégrée de $475$~pb$^{-1}$, ont été utilisées pour cette recherche. Les analyses effectuées concernent treize topologies différentes, ce qui couvre la totalité des rapports de branchement de déexcitation de l'électron ($e^*$) et du neutrino ($\nu^*$) excités. Aucune preuve de la production de ces leptons excités de première génération n'a été observée. Des limites d'exclusions sur la section efficace de la production de leptons excités et sur le couplage $f/\Lambda$ en fonction de la masse des leptons excités sont déduites dans le cadre d'une production par interaction de gauge. Les limites obtenues dans ce cadre étendent les résultats de recherches menées précédement. <br /><br />Pour la première fois à HERA, la production possible de $e^*$ par interaction de contact a également été étudiée. Les deux modes conjoints de production par interaction de gauge et par interaction de contact, ainsi que l'interférence possible entre les deux processus, ont été considérés.

L'introduction du boson de Higgs permet de résoudre le problème de l'origine de la masse des particules dans le modèle standard. A ce jour, il n'a pas encore été déecouvert et les expériences du LEP on établit à 95% de niveau de confiance une limite inférieure sur sa masse à 114.4 GeV. Au Tevatron qui est un collisionneur proton­antiproton, on le recherche produit en association avec un boson $W$, pour une masse inférieure à 135 GeV où la désintégration du boson de Higgs se fait en paire de quark $b\bar{b}$. Notre étude s'est faite dans la cadre de l'expérience $D0$. L'état final de tels événements s'appuie essentiellement sur les signaux du calorimètre et sur l'étiquetage des jets comme provenant de quark $b$ utilisant le détecteur de vertex, le déctecteur de trace à fibre scintillante et le solénoïde qui sont nouveaux pour $D0$ au le Run II. Nous avons étudié la calibration de la chaîne électronique de lecture et l'influence du bruit dans le calorimètre avant d'aborder l'analyse en utilisant une reconstruction calorimétrique optimisée : les électrons, l'énergie transverse manquante ainsi que les jets y sont correctement identifiés et peuvent être utilisés dans une analyse $W (\to e\nu)+$ jets. <br />L'étude du processus $W (\to e\nu)b\bar{b}$ qui est un bruit de fond irréductible du signal de boson de Higgs a été réalisée avec 174 pb$^{-1}$ de données. Elle a permis d'établir une limite supérieure sur sa section efficace de production de 20.3 pb. Cette étude a été suivie par une recherche d'un signal de boson de Higgs pour des masses comprises entre 105 GeV et 135 GeV. Des limites sur les sections efficaces de production multipliées par les rapports d'embranchement de désintégrations ont été obtenues. Pour une masse de boson de Higgs de 115 GeV, nous obtenons une limite supérieure de 12.4 pb.