After the Higgs boson discovery in the first LHC data, the focus is now on its properties measurement. Among these properties, its couplings are of particular importance since any deviation from the expected value can be an indication of new physics, beyond the Standard Model. This thesis is oriented towards the Higgs couplings measurements with the ATLAS experiment, using the diphoton decay channel. Selected diphoton events are classified into different categories to disentangle the five Higgs production modes by tagging the objects produced in association with the Higgs boson: two jets for the VBF production mode, lepton and missing transverse energy for the higgsstrahlung (WH and ZH), b-jets for ttH, the remaining events being mostly produced via the dominant production mode ggH. The impact of the Higgs pT modelling in the ggH production mode is also investigated. Theoretical developments provide predictions of the pT shape at NNLO+NNLL accuracy, including top and bottom mass effects in the loop up to NLO+NLL, implemented in the HRes program. A reweighting technique to take into account these latest theoretical improvements is derived, taking into consideration the correlation with the number of jets. Its impact on the final measurement is estimated to be of the order of a few percent. The final couplings results, measured at the Higgs mass obtained by the combination of the H->gamma gamma and H->ZZ*->4l channels in ATLAS (mH = 125.4 +/- 0.4 GeV) do not show any statistically significant deviation from the Standard Model. The observed signal strength mu = sigma^{obs} / sigma^{exp} is found to be: mu = 1.17^{+0.28}_{-0.25} = 1.17 +/- 0.23(stat) ^{+0.10}_{-0.08}(syst) ^{+0.12}_{-0.08}(theory). The ratio of the observed number of events in each production mode to the expected ones are measured at: mu_ggH = 1.32 +/- 0.32(stat.) ^{+0.13}_{-0.09}(syst.) ^{+0.19}_{-0.11}(theory) ; mu_VBF = 0.8 +/- 0.7(stat.) ^{+0.2}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.3}(theory) ; mu_WH = 1.0 +/- 1.5(stat.) ^{+0.3}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.1}(theory) ; mu_ZH = 0.1 ^{+3.6}_{-0.1}(stat.) ^{+0.7}_{-0.0}(syst.) ^{+0.1}_{-0.0}(theory) ; mu_ttH = 1.6 ^{+2.6}_{-1.8}(stat.) ^{+0.6}_{-0.4}(syst.} ^{+0.5}_{-0.2}(theory)

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 de construire un modèle décrivant la matière nucléaire symétrique et asymétrique dans une approche relativiste incluant des effets de la chromodynamique quantique, en particulier la symétrie chirale et le confinement. Le système considéré est une assemblée de nucléons en interaction {\it via} l'échange de mésons. L'attraction est assurée par la présence d'un champ scalaire invariant chiral lié aux fluctuations du condensat de quarks. La saturation est obtenue après ajout de la réponse scalaire nucléo- nique liée à la sous-structure en quarks du nucléon. Les paramètres liés au secteur scalaire de l'interaction et au confinement des quarks dans le nucléon sont estimés à partir de données sur réseau. Le reste des paramètres est contraint autant que possible par la phénoménologie hadronique. Le modèle n'est ainsi quasiment pas ajustable, le fait qu'il donne de si bons résultats constitue l'originalité de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons choisi de travailler à l'approximation de champ moyen dans le schéma Hartree--Fock. La propagation du champ scalaire dans les termes de Fock conduit à des effets de réarrangement qui permettent de satisfaire le théorème de Hugenhotz--Van Hove. Nous soulignons également le rôle du terme tenseur du $\rho$ dans l'énergie d'asymétrie ainsi que dans la dépendance en isospin de la masse effective de Landau. Enfin, nous donnons l'équation d'état des étoiles à neutrons prédite par ce modèle. Dans un deuxième temps, nous avons décidé d'inclure des effets au-delà du champ moyen en incluant l'énergie de corrélation due aux boucles de pions. Un ingrédient important est l'introduction d'un paramètre de Landau--Migdal contrôlant les interactions à courte portée. L'énergie de corrélation améliore la description des propriétés de la matière nucléaire au niveau du point de saturation.

Les désintégrations $B^0_{(s)}\to\ell^+\ell^-$ sont supprimées d'hélicité et se produisent à travers des courants neutres changeant la saveur. Elles sont donc extrêmement rares dans le modèle standard (MS). La physique au-delà du MS pourrait donc modifier substantiellement la valeur des rapports d'embranchement prédits par le MS. Ces prédictions étant très précises, mesurer leur valeurs constitue un test incontournable du MS. Les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à l'établissement de la première évidence de la désintégration $B^0_{(s)}\to\mu^+\mu^-$ avec LHCb. Une méthode statistique a ete développée pour extraire et combiner les limites sur les rapports d'embranchement et calculer la signifiance des signaux. A partir de ces acquis statistiques, une méthode originale a été conçue pour re-optimiser les catégories dans lesquelles les candidats sont classés améliorant ainsi la sensibilité de l'analyse de 14\%. D'autre part, une étude sur la phénoménologie des interférences entre le mélange de saveur des mésons $B^0_s$ et leur désintégration a mis en évidence une subtile dépendance de l'analyse avec le modèle physique considéré. La prise en compte de cette dépendance permet de contraindre plus fortement la nouvelle physique. Enfin une méthode de reconstruction topologique inclusive des évènements a été développée et testée, notamment pour reconstruire les candidats $B^0_{(s)}\to\tau^+\tau^-$ avec $\tau^- \to \pi^+\pi-\pi-\nu_\tau$.

L'expérience ALICE est une des quatre grandes expériences fonctionnant auprès du LHC au CERN et dont le but principal est l'étude du plasma de quarks et de gluons (ou QGP) produit dans les collisions d'ions lourds. Une des observables privilégiées pour sonder le QGP est la production des quarkonia lourds qui doit être modifiée dans les collisions d'ions lourds comparées aux collisions pp. L'intérêt des quarkonia n'est pas limité aux collisions d'ions lourds puisque leur mécanisme de production dans les collisions pp n'est pas encore très bien compris. Le but de ce travail de thèse est l'estimation de la section efficace de production des Υ(nS) en collision pp à une énergie de s = 7 TeV à l'aide du canal de désintégration en dimuon avec le spectromètre à muons de l'expérience ALICE. Le spectromètre à muons dans ALICE est situé à grande rapidité −4 < y < −2.5. Il consiste en un système d'absorbeurs, un dipôle chaud, des stations de trajectographie et de déclenchement. Ce travail de thèse décrit une contribution au logiciel de contrôle en ligne (online monitoring) du système de déclenchement des muons qui a été développé dans un esprit d'efficacité. Une partie des données enregistrées en 2010 a été analysée pour estimer la section efficace de production du Υ. La section efficace de production du J/ψ publiée par ALICE à la même énergie est exploitée par la méthode d'estimation. Le résultat préliminaire obtenu dans l'intervalle en rapidité 2.5 < y < 4 est σΥ(1S) × BΥ(1S)→µ+µ− =0.62 ± 0.38(stat.) ±00..1221 (syst.) nb par unité de rapidité.

Ce travail de thèse est basé sur le dépouillement et l'analyse de l'expérience PS177 faite dut le site de la machine LEAR du CERN (Genève) en 1988. La réaction de l'annihilation au repos des antiprotons sur une cible de bismuth ou uranium est étudiée. Cette réaction produit dans 2% des cas, des particules Lambda dans le noyau; Cette particule étrange remplace un nucléon du noyau, ce qui forme un hypernoyau. Si le noyau n'a pas fissionné, la désintégration du Lambda par voie non-mésonique, lui fournit environ 100 MeV d'énergie, ce qui lui permet de fissionner plus tardivement. La fission retardée est proportionnelle à la durée de vie de l'hypernoyau. La détermination des durées de vie dans le bismuth et l'uranium est faite pour permettre une étude des interactions faibles dans un milieu nucléaire dense.

Le jet est l'une des sondes permettant de tester les prédictions de la théorie de l'interaction forte, la QCD, et d'extraire les propriétés physiques d'un état particulier de la matière nucléaire : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Ce travail de thèse a pour but de montrer les capacités d'ALICE à mesurer les jets issus des collisions produites au Large Hadron Collider (LHC).La détection des particules constituant les jets, leur association à l'aide d'algorithmes de reconstruction ainsi que la construction d'observables telles que le spectre en pT des jets ou le Plateau Bossu est un travail complexe. Nous détaillons ces différentes étapes à partir de simulations permettant d'appréhender le taux de jets réels à attendre pour notre analyse etd'évaluer l'impact de la mesure expérimentale sur les observables finales. Nous présentons finalement les spectres en pT et Plateaux Bossus issus des premières collisions p+p du LHC auxquels ont été appliquées des corrections moyennes.

Le LHC a fourni des collisions proton-proton avec une énergie dans le référentiel du centre de masse égale à 7 TeV correspondant à une luminosité intégrée de 40 pb-1 en 2010 et de 5 fb-1 en 2011. Les données collectées par ATLAS ont permis de valider la compréhension du détecteur, d'évaluer ses performances et de réaliser de nombreuses mesures de paramètres physiques. Dans ce contexte le quark top est un champ d'étude privilégié pour la physique à l'échelle du TeV et pour les études de performance. Après un rappel de la phénoménologie du modèle standard la première partie de cette thèse est consacrée à la description du détecteur et en particulier des calorimètres à argon liquide pour lesquels l'influence des variations de haute tension est détaillée. La deuxième partie est consacrée aux études relatives à la reconstruction et à l'identification des électrons menées sur des données simulées, mais également sur les données de collisions collectées en 2010 à partir d'évènements J/psi->e+e- avec la méthode de tag-and-probe. La dernière partie est dédiée aux études sur le quark top. Les données simulées de signal et de bruit de fond utilisées pour les évènements ttbar sont décrites ainsi que les procédures de reconstruction et d'identification des objets présents dans l'état final. L'estimation de la contribution des évènements avec un lepton mal identifié par la méthode de la matrice est ensuite présentée avant la mesure de la section efficace de paires ttbar dans les canaux dileptoniques réalisée avec les données collectées en 2011: la valeur obtenue en combinant les trois canaux 178.8 +/-2.3 +8.9/-8.4(sys) +8.0/-7.4(lumi) pb est compatible avec les prédictions théoriques.

Le quark top à été découvert en 1995 par les collaboration dzero~et cdf~au TeVatron. De part sa masse très grande de l'ordre de 172.5 GeV, il est difficile à produire et certaines de ces propriétés nécéssitent encore d'être étudiées avec précision. Le Modèle Standard prévoit deux types de production pour le quark top qui sont la production par paires et la production solitaire ("single top"). Si les modes de production par paires sont maintenant bien connus, sa production solitaire l'ai beaucoup moins notamment à cause de faibles taux de production et de forts bruits de fond. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production d'un quark top en association avec un boson W dans le canal dilepton au près de l'expérience ATLAS placée sur le Large Hadron Collider (LHC) au CERN. Deux analyses sont présentées dans ce document. La première mesure mondiale de ce processus, réalisée à l'aide des premiers 35 pb-1 de données, est tout d'abord exposée. Cette mesure se veut simple et robuste et utilise au maximum les données pour les diverses estimations de bruits de fond venant entacher la mesure. Une seconde analyse utilisant cette fois toutes les données 7 TeV recueillies en 2011(4.7 fb-1) est aussi présentée. Cette dernière mesure, de sensitivité beaucoup plus grande, fait appel à des techniques de discrimination poussées utilisant des Arbres de Decision Boostés ainsi qu'un traitement statistique plus performant que celui utilisé précédemment. La valeur mesurée de la section efficace W+t est ensuite utilisée afin de contraindre les secteurs électrofaibles du quark top via une mesure de l'élement de matrice CKM |V_tb|.

La polarisation des quarks top produit par interaction électrofaible permet de sonder la structure du vertex Wtb et en particulier de tester le couplage vecteur gauche prévu dans le cadre du Modèle Standard et de rechercher les couplages anormaux droit et tenseur introduits par plusieurs théories au-delà du Modèle Standard. Cette thèse présente la mesure de la polarisation des quarks top produits par interaction électrofaible à partir des données correspondantes à une luminosité integrée de 4,7 fb-1 enregistrées en 2011 par le détecteur ATLAS dans les collisions proton-proton du LHC à l'énergie centre de masse de 7 TeV. La polarisation est extraite des distributions angulaires reconstruites dans une base de spin spécifique pour les événements de production de quark top en voie-t. Le contexte théorique de production de quarks top par interactions forte et électrofaible dans les collisionneurs hadroniques est tout d'abord introduit. Ensuite, le détecteur, les performances de reconstruction des objets physiques ainsi que la sélection des événements avec une signature de top quark électrofaible en voie-t sont décrits. Les méthodes de déconvolution et de convolution utilisées pour extraire la polarisation sont ensuite présentées et testées avec différentes configurations. Les résultats obtenus ainsi que les incertitudes théoriques, expérimentales et statistiques sont finalement examinées. Cette thèse présente la première mesure avec le détecteur ATLAS de la polarisation des quarks top électrofaibles. Les résultats obtenus sont compatibles avec les prédictions du Modèle Standard et contribueront à contraindre de manière significative les couplages Wtb anormaux.