Ce mémoire de thèse sera consacré à l'étude de quelques aspects phénoménologiques de la supersymétrie avec, comme principaux sujets, d'une part, la physique du MSSM dans le cas où les superparticules scalaires sont lourdes et les implications possibles auprès de collisionneurs à haute énergie tels que le LHC et, d'autre part, les caractéristiques des particules de matière noire et leurs détermination auprès des collisionneurs et dans des expériences d'astroparticules.

L'inflation est responsable des fluctuations de densité primordiales qui sont à l'origine de la formation des grandes structures et qui sont reliées aux fluctuations de température du Fond Diffus Cosmologique (CMB en anglais). Dans cette thèse, nous nous intéressons à un modèle particulier d'inflation, de la classe des modèles avec terme cinétique modifié, l'inflation de Dirac-Born-Infeld (DBI) inspirée de la théorie des cordes. Dans ce scénario, l'inflation est générée par le mouvement d'une brane-test et des particules peuvent être créées pendant l'inflation si des branes piégées sont présentes le long de la vallée inflationnaire. On montrera qu'un tel couplage entre l'inflaton et les champs de matière peut conduire à des spécificités du spectre de puissance primordial, similaires à celles obtenues dans des modèles à la Starobinsky où le potentiel présente des discontinuités ou celles obtenues dans des théories scalaire-tenseur où la fonction de couplage inflaton-matière varie brusquement dans le temps. On insistera sur les conséquences observationnelles de telles théories.

Le détecteur ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules située à un point de collision du LHC, au CERN. Le détecteur est complet et opérationnel depuis juin 2008. La mise en oeuvre du système calorimétrique a alors été possible, grâce notamment à l'étude de la variable "énergie transverse manquante". Cette variable, indispensable aux mesures de précision du Modèle Standard et à la recherche de Nouvelle Physique, a ainsi pu être testée pour la première fois in situ. Le détecteur était prêt et a montré de bonnes performances lors des premières collisions du LHC à la fin de l'année 2009, en particulier avec l'étude de données dites de biais minimum. Avec les données de collisions, il a également été possible d'étudier des performances des électrons, notamment leurs variables d'identification, et la compréhension de la matière avant le calorimètre. Les premières collisions à une énergie de 7 TeV dans le centre de masse en 2010 ont permis d'étudier les propriétés des bosons W produits lors de ces collisions. Après seulement quelques mois de prise de données, l'on a pu observer et mesurer la section efficace de production de cette particule. L'enjeu principal de cette mesure a été l'estimation des erreurs systématiques dues à l'électron et à l'énergie transverse manquante. Avec toutes les données enregistrées en 2010, l'asymétrie de charge du boson W a également pu être mesurée. Cette mesure est importante pour la détermination des fonctions de distribution de partons dans le proton, données indispensables à la bonne compréhension des collisions hadroniques au LHC.

Je présente 10 ans de travaux de recherche sur la physique du B et de la violation de CP, dans le cadre de l'expérience BaBar à SLAC et du groupe d'interprétation phénoménologique et statistique de ces mesures : CKMfitter. Je place ces travaux dans la perspective du potentiel de physique de l'expérience LHCb, au CERN. Depuis 1998, j'ai participé à la fin de la construction du détecteur BaBar, notamment de sa chambre à fils et de son système de gaz, à sa mise en route et à sa prise de données jusqu'au mode de croisière et à la fin de son fonctionnement en 2008. Je décris les activités de calibration et d'études des données que j'ai menées pour la reconstruction et la sélection des électrons et les neutres dans BaBar. Je présente les mesures que j'a effectuées sur la physique des modes B en charmonium, qui ont servi à observer pour la première fois la violation de CP dans les mésons B, par la mesure du paramètre sin(2beta). Dans le cadre du groupe des désintégrations des mésons B en modes charmés, je présente les mesures que j'ai effectuées sur les modes supprimés de couleur, pour comprendre la phénoménologie des désintégrations des B et pour mesurer l'angle CKM beta, dans 2 approches alternatives aux modes charmonium. Enfin je décris les mesures de l'angle CKM gamma, par recherche de violation directe de CP, dans les modes B- en D(*)K- et DK*-.

This thesis reports our work on transport related problems in mesoscopic physics using analytical as well as numerical techniques. Some of the problems we studied are: effect of interactions and static impurities on the conductance of a ballistic quantum wire[1], aspects of quantum charge pumping [2, 3, 4], DC and AC conductivity of a (dissipative) quantum Hall (edge) line junctions[5, 6], and junctions of three or more Luttinger liquid (LL)quantum wires[7]. This thesis begins with an introductory chapter which gives a brief glimpse of the underlying physical systems and the ideas and techniques used in our studies. In most of the problems we will look at the physical effects caused by e-e interactions and static scattering processes. In the second chapter we study the effects of a static impurity and interactions on the conductance of a 1D-quantum wire numerically. We use the non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism along with a self-consistent Hartree-Fock approximation to numerically study the effects of a single impurity and interactions between the electrons (with and without spin) on the conductance of a quantum wire [1]. We study the variation of the conductance with the wire length, temperature and the strength of the impurity and electron-electron interactions. We find our numerical results to be in agreement with the results obtained from the weak interaction RG analysis. We also discover that bound states produce large density deviations at short distances and have an appreciable effect on the conductance which is not captured by the renormalization group analysis. In the third chapter we use the equations of motion (EOM) for the density matrix and Floquet scattering theory to study different aspects of charge pumping of non-interacting electrons in a one-dimensional system. We study the effects of the pumping frequency, amplitude, band filling and finite bias on the charge pumped per cycle, and the spectra of the charge and energy currents in the leads[2]. The EOM method works for all values of parameters, and gives the complete time-dependences of the current and charge at any site of the system. In particular we study a system with oscillating impurities at several sites and our results agree with Floquet and adiabatic theory where these are applicable, and provides support for a mechanism proposed elsewhere for charge pumping by a traveling potential wave in such systems. For non-adiabatic and strong pumping, the charge and energy currents are found to have a marked asymmetry between the two leads, and pumping can work even against a substantial bias. We also study one-parameter charge pumping in a system where an oscillating potential is applied at one site while a static potential is applied in a different region [3]. Using Floquet scattering theory, we calculate the current up to second order in the oscillation amplitude and exactly in the oscillation frequency. For low frequency, the charge pumped per cycle is proportional to the frequency and therefore vanishes in the adiabatic limit. If the static potential has a bound state, we find that such a state has a significant effect on the pumped charge if the oscillating potential can excite the bound state into the continuum states or vice versa. In the fourth chapter we study the current produced in a Tomonaga-Luttinger liquid (TLL) by an applied bias and by weak, point-like impurity potentials which are oscillating in time[4]. We use bosonization to perturbatively calculate the current up to second order in the impurity potentials. In the regime of small bias and low pumping frequency, both the DC and AC components of the current have power law dependences on the bias and pumping frequencies with an exponent 2K−1 for spinless electrons, where Kis the interaction parameter. For K<1/2, the current grows large for special values of the bias. For non-interacting electrons with K= 1, our results agree with those obtained using Floquet scattering theory for Dirac fermions. We also discuss the cases of extended impurities and of spin-1/2 electrons. In chapter five, we present a microscopic model for a line junction formed by counter or co-propagating single mode quantum Halledges corresponding to different filling factors and calculate the DC [5] and AC[6] conductivity of the system in the diffusive transport regime. The ends of the line junction can be described by two possible current splitting matrices which are dictated by the conditions of both lack of dissipation and the existence of chiral commutation relations between the outgoing bosonic fields. Tunneling between the two edges of the line junction then leads to a microscopic understanding of a phenomenological description of line junctions introduced by Wen. The effect of density-density interactions between the two edges is considered exactly, and renormalization group (RG) ideas are used to study how the tunneling parameter changes with the length scale. The RG analysis leads to a power law variation of the conductance of the line junction with the temperature (or other energy scales) and the line junction may exhibit metallic or insulating phase depending on the strength of the interactions. Our results can be tested in bent quantum Hall systems fabricated recently. In chapter six, we study a junction of several Luttinger Liquid (LL) wires. We use bosonization with delayed evaluation of boundary conditions for our study. We first study the fixed points of the system and discuss RG flow of various fixed points under switching of different ‘tunneling’ operators at the junction. Then We study the DC conductivity, AC conductivity and noise due to tunneling operators at the junction (perturbative).We also study the tunneling density of states of a junction of three Tomonaga-Luttinger liquid quantum wires[7]. and find an anomalous enhancement in the TDOS for certain fixed points even with repulsive e-e interactions.

Dans la premi ère partie de cette th èse, je pr ésenterai le 5D MSSM qui est un mod èle supersym étrique avec une dimension suppl émentaire. (Five Dimensional Minimal Supersymmetric Standard Model). Apr ès compactication sur l'orbifold S1=Z2, le calcul des equations du groupe de renormalisation (RGE) a une boucle montre un changement dans l' évolution des param ètres ph énom énologiques. D es que l' énergie E = 1=R est atteinte, les états de Kaluza-Klein interviennent et donnent des contributions importantes. Plusieurs possibilit és pour les champs de mati ère sont discut és : ils peuvent se propager dans le "bulk" ou ils sont localis és sur la "brane". Je pr ésenterai d'une part l' évolution des équations de Yukawa dans le secteur des quarks ainsi que les param ètres de la matrice CKM, d'autre part, les e ffets de ce mod èle sur le secteur des neutrinos notamment les masses, les angles de m élange, les phases de Majorana et de Dirac. Dans la deuxi ème partie, je parlerai du mod èle AMSB et ses extensions (MM-AMSB et HC-AMSB). Ces mod èles sont des sc enarios de brisure assez bien motiv es en supersym étrie. En calculant des observables issues de la physique des particules puis en imposant des contraintes de cosmologie standard et alternative sur ces sc enarios, j'ai d étermin e les r égions qui respectent les contraintes de la mati ère noire et les limites de la physique des saveurs. Je reprendrai ensuite l'analyse de ces mod èles en utilisant de nouvelles limites pour les observables. La nouvelle analyse est faite en ajoutant les mesures r écentes sur la masse du Higgs et les rapports de branchement pour plusieurs canaux de d ésint égrations.

Le document présente la problématique de la détection directe de matière noire dans le cadre des expériences XENON100 et MIMAC. Après une introduction générale sur la matière noire et sur les signaux attendus dans un détecteur terrestre, les deux projets sont passés en revue en se concentrant sur les aspects expérimentaux. L'accent est mis particulièrement sur la caractérisation des performances des détecteurs et sur les bruits de fonds associés.

Le premier objectif de cette thèse est de répondre au manque en cosmologie de description sur le cône de lumière passé: hypersurface nulle où se propagent tous les signaux observés. Son deuxième est d'évaluer l'importance des inhomogénéités dans la détermination des paramètres de l'énergie sombre, de nature encore inconnue et pour laquelle l'influence des structures de matière a été proposée comme une alternative cosmologique. Nous définissons une jauge "géodésique sur le cône de lumière" qui simplifie grandement l'étude de la propagation lumineuse dans l'Univers. Nous établissons ensuite une moyenne, invariante de jauge, pour les quantités scalaires sur le cône et calculons l'effet des inhomogénéités sur le flux lumineux en considérant leur spectre de puissance jusque son régime non-linéaire. Leur effet sur le flux est négligeable tandis que des observables comme la distance de luminosité, évaluée jusqu'au second ordre en perturbations, sont bien plus affectées. Nous étudions aussi le module de distance à la base de la découverte de l'énergie sombre par les supernovæ (SNe) Ia. La moyenne de ce module est peu affectée par les inhomogénéités mais sa variance l'est sensiblement. Ces résultats montrent, dans leur cadre, qu'une alternative à l'énergie sombre par un effet des structures est impossible mais, en même temps, soulignent leur importance sur la dispersion des données du diagramme de Hubble. Les effets physiques dominants sont la vitesse des SNe et l'effet de lentille faible. Nos prédictions sur la dispersion se révèlent en très bon accord avec les premières analyses de SNe visant à détecter un signal de lentilles et seront vérifiables dans les années futures.

Du fait de son très grand potentiel de découverte, l'entrée en activité du Large Hadron Collider (LHC) au CERN est très attendue par toute la communauté de la physique des particules. En effet, les énergies disponibles ouvrent de nouvelles perspectives dans de nombreuses thématiques. En particulier, elles permettront de tester expérimentalement différents formalismes de la ChromoDynamique Quantique (QCD) élaborés depuis ces dernières années afin d'étudier les collisions hadroniques dans la limite des hautes énergies. La théorie du Color Glass Condensate (CGC) est l'un d'entre eux et prédit un régime de saturation, au sein des noyaux, de la densité<br />partonique dans le domaine des très petits x, domaine largement accessible au LHC. Le CGC présente un grand intérêt dans l'étude des collisions d'ions lourds ultra-relativistes plomb-plomb puisqu'elle permet d'en décrire les conditions initiales du système qui évoluera vers un état où les quarks et les gluons sont déconfinés : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). ALICE est l'expérience du LHC dédiée à l'étude du PQG dont l'une des voies d'étude est la mesure de la production des quarkonia lourds à l'aide d'un spectromètre à muons. Couvrant un domaine de rapidité entre −4 < y < −2.5, ce dernier peut s'avérer particulièrement intéressant pour étudier le CGC.<br />La première partie de ce travail présente les tests de performances des chambres de trajectographie du spectromètre à muons équipées avec l'électronique d'acquisition finale CROCUS. Ils ont conduit à poser les bases du processus de calibration de l'électronique frontale. La seconde partie concerne des simulations effectuées sur<br />certains paramètres électroniques pouvant affecter les performances du spectromètre à muons. La dernière partie développe les prédictions du modèle du CGC pour la production de quarks lourds et la manifestation des effets de saturation via la mesure des muons issus de ces quarks.

Etudes phénoménologiques des modèles et théories au-delà du Modèle Standard auprès de collisionneurs actuels et futurs.<br /><br />Etude de l'énergie noire et de l'extraction des paramètres cosmologiques à partir de différentes sondes cosmiques.