L'expérience T2K est une expérience de recherche d'oscillation de saveur de neutrinos utilisant une base longue et la technique du faisceau hors axe. Dans T2K, un faisceau de neutrino est produit dans l'accélérateur J-PARC à Tokai, et est détecté auprès du détecteur Super Kamiokande (SK) à Kamioka, qui se situe à 295 km de Tokai. Cet accélérateur produit un faisceau très pur de nu_mu. Au cours de la propagation des neutrinos entre leur point de production et SK, ils peuvent changer de saveur. C'est ce phénomène que l'on appelle oscillation de saveur des neutrinos. L'objectif principal de T2K est de mesurer certains paramètres décrivant l'oscillation de saveur des neutrinos, et plus particulièrement les paramètres theta13 et deltaCP. Cette estimation est réalisée via la mesure de la probabilité d'oscillation nu_mu -> nu_e, par la recherche d'apparition de nu_e. En 2011, l'expérience T2K a été la première à observer l'apparition de nu_e et a ainsi pu exclure, à 2.5 sigma, une valeur nulle de theta13. Cette thèse présente le travail réalisé pour estimer l'erreur systématique de l'efficacité de reconstruction du bruit de fond pi0. Celui-ci est l'une des principales sources d'erreur affectant la recherche d'apparition de nu_e par la détection d'événements quasi-élastique à courant chargé à SK. Deux méthodes différentes et complémentaires ont été développées. Dans un premier temps, nous avons commencé le développement d'un nouvel outil qui reproduit partiellement la topologie des événements physiques, et en parallèle, nous avons crée un échantillon spécifique pour estimer l'incertitude systématique de l'efficacité de reconstruction des événements pi0. Ce dernier résultat a été utilisé dans l'analyse officielle d'apparition de nu_e publiée en 2011. Le nouvel échantillon produit sera également utilisé dans les futures analyses d'oscillation. En tenant compte de la valeur récemment mesurée de theta13 par des expériences faites auprès de réacteur, nous présentons dans cette thèse la première étude de la phase de violation CP dans le secteur leptonique (deltaCP) en utilisant les données nu_e de T2K.

Les désintégrations semileptoniques du méson $B$ participent à la détermination de certains paramètres fondamentaux du Modèle Standard. Ce travail décrit essentiellement l'étude des deux canaux de désintégrations $B_s \to D_s \ell \bar\nu_\ell$ et $B\to D^{**} \ell \bar\nu_\ell$ (où les $D^{**}$ sont les premières excitations orbitales des mésons $D$ ayant une parité positive). Le cadre théorique est celui de la QCD sur réseau qui, en discrétisant l'espace-temps, permet de calculer non perturbativement les fonctions de Green de la théorie. En utilisant l'action à masse twistée avec deux saveurs dégénérées de quarks dynamiques ($N_f=2$), nous avons commencé par étudier la spectroscopie des états charmés scalaires $D_0^*$ et tenseurs $D_2^*$. Ensuite, nous avons réalisé la détermination du facteur de forme $\mathscr G_s(1)$ décrivant le processus $B_s\to D_s \ell \bar\nu_\ell$ dans le Modèle Standard. Ce paramètre offre un moyen d'extraire l'élément de la matrice CKM $V_{cb}$. Par ailleurs, et pour la première fois en QCD sur réseau, nous avons déterminé les rapports $F_0(q^2)/F_+(q^2)$ et $F_T(q^2)/F_+(q^2)$ dans la région proche du recul nul: ces contributions sont en effet nécessaires afin de discuter ce canal de désintégration dans certains modèles au-delà du Modèle Standard. Enfin, une étude préliminaire du canal de désintégration $B\to D^{**}$ a été abordée où nous avons trouvé une valeur non nulle de l'élément de matrice décrivant la désintégration $B\to D_0^*$ à recul nul contrairement de ce qui est connu à la limite des quarks lourds. Dans le cas du $B \to D_2^*$, nos résultats ont montré un signal indiquant une différence par rapport aux prédictions de masse infinie. Ces calculs sont indispensables afin de tirer une conclusion plus solide concernant le ''puzzle 1/2 vs 3/2''

La théorie des spins élevés est le domaine de la physique théorique au centre de cette thèse. Outre une introduction présentant le contexte général de la naissance de cette théo- rie, ce manuscrit de thèse regroupe trois études récentes dans ce domaine. Une attention particulière sera portée aux symétries, aux courants et à l'holographie. La première partie est axée sur les ingrédients permettant la construction de vertex cubiques entre un champ scalaire de matière et un champ de jauge de spin élevé dans un espace-temps à courbure constante. La méthode de Noether indique comment construire ces interactions à partir des courants conservés, dont on peut condenser l'écriture en utili- sant les fonctions génératrices. Le formalisme ambiant est le principal aspect de ce calcul puisqu'il le facilite et en permet la simplification. Dans un second temps, nous préparons les éléments pour un futur test de la correspon- dance holographique à l'ordre cubique voire quartique en la constante de couplage. Plus précisément, nous révisons en détail le calcul de certains propagateurs, ce qui nous mène à calculer les fonctions à trois points impliquant deux champs scalaires. La dernière partie, bien que concernant toujours l'holographie des spins élevés, traite de la physique non-relativiste. Les symétries et les courants d'un gaz parfait/unitaire de Fermi y sont étudiés. En particulier, nous prouvons que l'algèbre maximale de symétrie de l'équation de Schrödinger est l'algèbre de Weyl. Le lien entre physiques relativiste et non-relativiste est obtenu grâce à la réduction dimensionnelle de Bargmann. L'holographie des spins élevés non relativistes est également évoquée.

Les Simulations Monte-Carlo SMC représentent actuellement en imagerie médicale nucléaire un outil puissant d'aide à la conception et à l'optimisation des détecteurs, et à l'évaluation des algorithmes de reconstruction et des méthodes de correction des effets physiques responsables de la dégradation des images reconstruites (atténuation, diffusion, etc.). L'inconvénient majeur des simulations Monte-Carlo réside dans le temps de calcul important qu'elles nécessitent. Au cours de cette thèse, nous avons tiré parti de la plate-forme de SMC GATE (Geant4 Application for Tomographic Emission) dédiée aux examens SPECT/PET pour une modélisation réaliste des phénomènes physiques, et de la grille de calcul légère CiGri (CIMENT Grid) afin de réduire le temps de calcul. Le premier objectif de cette thèse consiste à modéliser la gamma-caméra Biospace dédiée à l'imagerie petit animal à l'aide du logiciel GATE. Le modèle de la gamma-caméra est validé en comparant les résultats issus des simulations GATE avec les données acquises expérimentalement. Les résultats des simulations reproduisent avec précision les performances mesurées de la gamma-caméra. Le modèle validé est ensuite utilisé pour l'évaluation de l'algorithme de Novikov-Natterer de reconstruction analytique de la transformée de Radon atténuée. Les résultats de cette étude montrent que l'algorithme de reconstruction de Novikov-Natterer permet d'améliorer les images d'un point de vue qualitatif et quantitatif par rapport à la méthode analytique standard FBP

Ultra-Relativistic heavy-ion physics is a promising field of high energy physics connecting two fields: nuclear physics and elementary particle physics. Experimental achievements of the last years have provided an opportunity to study the properties of a new state of matter created in heavy-ion collisions called quark-gluon plasma. The initial state of two colliding nuclei is affected by fluctuations coming from wave- functions of nucleons. These fluctuations lead to the momentum anisotropy of the hadronic matter which is observed by the detectors. The system created in the collision behaves like a fluid, so the initial state is connected to the final state via hydrodynamic evolution. In this thesis we model the evolution with relativistic viscous hydrodynamics. Our results, combined with experimental data, give non trivial constraints on the initial state, thus achieving "reverse engineering" of the heavy-ion collisions. The observable which characterizes the momentum anisotropy is the anisotropic flow vn. We present the first measurements of the first harmonic of the anisotropic flow called directed flow v1 in Pb-Pb collisions at the LHC. We then perform the first viscous hydrodynamic modeling of directed flow and show that it is less sensitive to viscosity than higher harmonics. Comparison of these experimental data with the modeling allows to extract the values of the dipole asymmetry of the initial state, which provides constraints on the models of initial states. A prediction for directed flow v1 in Au-Au collisions is also made for RHIC. We then perform a similar modeling of the second and third harmonics of the anisotropic flow, called respectively elliptic v2 and triangular v3 flow. A combined analysis of the elliptic and triangular flow data compared with viscous hydrodynamic calculations allows us to put constraints on initial ellipticity and triangularity of the system. These constraints are then used as a filter for different models of initial state. At the end of this thesis, we show perspectives in the studies of the initial state which are opened by recent measurements of event-plane correlations which could shed light on the initial state fluctuations.

En 2011, le LHC a fourni près de 5 fb−1 de données aux expériences. Ces données ont été utilisées pour comprendre plus avant les détecteurs, leurs performances et effectuer des analyses de physique. Cette thèse est organisée en cinq chapitres. Le premier est une introduction théorique au Modèle Standard et à une de ses extensions possible : la TechniCouleur. Le deuxième chapitre donne un bref aperçu de l'accélérateur LHC et de l'expérience ATLAS. Dans le troisième chapitre, l'un des principaux sous-système de l'expérience ATLAS est présenté : le calorimètre à argon liquide. L'algorithme de contrôle de l'acquisition et de la qualité des données que j'ai développé au cours de ma thèse est également présenté. Le quatrième chapitre présente une étude des performances de la reconstruction des jets basée sur l'ensemble des données acquises en 2010. Cette étude a montré qu'en 2010, la résolution en énergie des jets dans le Monte-Carlo a été sous-estimée d'un facteur relatif d'environ 10% par rapport aux données. Cette étude a été ensuite reconduite pour évaluer l'impact de la réduction de la HV dans des zones du calorimètre sur la résolution en énergie des jets. Cet impact a été jugée négligeable. Pour des jets produits avec une rapidité |y| < 0.8, l'augmentation de la résolution en énergie due à la réduction de la HV, est évaluée à moins de 3 % pour un jet de pT = 30 GeV jet, et moins de 0,1 % pour un jet de pT = 500 GeV. Enfin, le dernier chapitre de cette thèse présente une étude de l'état final Wgamma. La contribution des différents processus du MS participant à cet état final a été estimée à partir du Monte Carlo et des données. Une recherche de résonances étroites a ensuite été effectuée en utilisant la distribution M(W,gamma) dans un intervalle [220,440] GeV, mais aucun écart significatif des prédictions du MS n'a été observé. Cette étude a permis de fixer des limites sur la production de particules TC correspondant à M(a_{T}) > 265 GeV ou M(\rho_{T}) > 243 GeV.

Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) fonctionne depuis 2009 à la frontière franco-suisse. Cet accélérateur de particules a produit des quantités importantes de collisions proton-proton, à des énergies dans le centre de masse de 7 TeV (2010 et 2011), et 8 TeV (depuis avril 2012). L'un des buts de l'expérience Compact Muon Solenoid (CMS), qui enregistre et analyse ces collisions, est la recherche de bosons de Higgs. Dans le cadre du Modèle Standard, cette particule serait le quantum du champ de Higgs, qui permet d'expliquer le mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. Un canal parmi les plus sensibles pour la recherche d'un boson de Higgs léger (c'est-à-dire pour des masses du boson de Higgs entre 90GeV/c2 et 150GeV/c2) au LHC est la désintégration en deux photons. En effet, la production de deux photons isolés de haute énergie dans l'état final constitue un signal clair en milieu hadronique, malgré le faible rapport d'embranchement. De plus, à ces masses, la largeur du pic en masse invariante reconstruite est dominée par la résolution du détecteur. Une compréhension fine de l'objet photon, tel que reconstruit par l'expérience, est donc un pré requis obligatoire. La première partie de mes travaux de thèse porte sur l'étude des désintégrations radiatives Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ ces désintégrations sont la seule source de photons certifiés de haute pureté du Modèle Standard, pour laquelle l'impulsion transverse des photons est relativement proche de celle prévue pour des photons issus d'un boson de Higgs. L'étude de ces désintégrations a permis la détermination de l'échelle d'énergie différentielle des photons dans les données à 7 TeV. Elles ont également été utilisées dans les données à 8 TeV comme outil de validation des variables de forme de cluster pour les photons dans la simulation, ainsi que pour déterminer l'efficacité des critères de réjection des électrons. La deuxième partie de mes travaux de thèse traite de la recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons. Cette recherche est effectuée en plusieurs classes d'évènements pour améliorer la sensibilité, et l'étude de cette procédure de séparation en classes est présentée. Enfin, une analyse de faisabilité de recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons, produit lors de la désintégration d'un quark vecteur lourd à 14 TeV a été effectuée / The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (European Organisation for Nuclear Research) has been in operation since 2009 at the border between France and Switzerland. This particle accelerator has provided a significant quantity of proton-proton collisions, at center of mass energies of 7 TeV (2010 and 2011) and 8 TeV (since April 2012). One of the purposes of the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment, which records and analyses those collisions, is the search for Higgs bosons. In the Standard Model, this particle would be the quantum of the Higgs field, thought to explain the electroweak symmetry-breaking mechanism. One of the most sensitive channels for the search for a light Higgs boson (i.e. for masses between 90 GeV=c2 and 150 GeV=c2) at the LHC is through its decay into two photons. Indeed, the production of two highly energetic and isolated photons in the final state is a clean signal in hadronic collisions, despite the small branching ratio. Moreover, at these masses, the width of the reconstructed invariant mass peak is dominated by the detector resolution. Hence, a precise understanding of the photon object as reconstructed by the experiment is required. The first part of the work presented here is the study of radiative decays Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ these decays are the only Standard Model source of high purity certified photons, for which the transverse momentum of the photon is relatively similar to the one of the photons coming from a Higgs boson decay. The study of these decays enables the determination of the differential photon energy scale in the 7 TeV data. These decays have also been used in the 8 TeV data as a validation tool of photon cluster shape variables in the simulation, and also as a way to determine the electron rejection criteria efficiency. The second part of the work concerns the search for a Higgs boson decaying into two photons. This search is done in several event classes in order to increase the sensitivity of the analysis, the study of the class separation procedure is presented. Finally, a benchmark study for the search for a Higgs boson decaying into two photons via vector-like top-partner decays at 14 TeV has been performed

Com base em indicadores bibliométricos de produção, colaboração e impacto, este trabalho investiga os artigos científicos brasileiros da Física de Altas Energias (FAE) indexados pelo Science Citation Index (SCI) da Web of Science (WoS) no período de 1983-2013. Fizeram parte do estudo todas as publicações em periódicos abrangidos na categoria de assunto Physics, Particles & Fields. Os dados foram organizados e analisados com auxílio dos softwares Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R e Excel 2007. Os 6.350 artigos sugerem que o crescimento anual da produção pode ter sido consequência da ampliação dos Programas de Pós-Graduação (PPGs) com linhas de pesquisa FAE e grupos do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da participação do Brasil nas colaborações internacionais e da instituição da Rede Nacional de Física de Altas Energias (RENAFAE). A distribuição das artigos por Web of Science Category (WC) demonstrou que a área centraliza a publicação em um número reduzido de periódicos estrangeiros de língua inglesa, com destaque para Physical Review D (PRD). A Astronomia & Astrofísica com 45,63% e a Física Nuclear com 18,66% de participação foram as categorias predominantes. Os cientistas nacionais mais produtivos são da subárea experimental e filiados a instituições públicas do eixo Rio de Janeiro-São Paulo. As universidades foram responsáveis por 80,92% da produção. A coautoria entre indivíduos cresceu ao longo do período, registrando média de 155,89 autores por artigo. O estudo por amostragem provou que a parcela de publicações de autoria única (11,39%) está vinculada à Física Teórica. Tanto o crescimento do número de artigos quanto o de colaborações se ajustam ao modelo de regressão linear. O decréscimo da média de instituições por artigo quando consideradas somente as nacionais, denota a preferência pela colaboração internacional em razão do custo e complexidade das investigações. As análises de MDS e clusters confirmam a existência de grupos regionais. A média de países por artigo é de 4,87. A proporção de coautorias internacionais da FAE (49,07%) é superior aos índices verificados na produção científica brasileira em anos recentes. O predomínio de pesquisadores estrangeiros na rede de colaboração confirma a internacionalização da atividade e a presença do Brasil nos experimentos multinacionais. Os indicadores absolutos expressam que EUA, Rússia e França são os principais parceiros. Os indicadores relativos expõem um processo de desconcentração e diversificação das colaborações nacionais, com presença relevante da Colômbia e países do leste europeu. O impacto da pesquisa em FAE aponta que os artigos brasileiros receberam 78.812 citações provenientes de 41.152 documentos. Os dados mostram que 87,65% das publicações foram citadas uma ou mais vezes no período. As características gerais dos citantes revelam a prevalência do artigo publicado em periódico estrangeiro na língua inglesa. A Física de Partículas e Campos com 36,24% e a Astronomia & Astrofísica com 21,17% de participação foram as categorias citantes salientes. Os documentos internacionais representam 88,15% das citações, com distinção para as publicações dos EUA, Alemanha e Itália. O Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) se destaca entre as instituições de filiação dos autores citantes. Conclui que a FAE detém reconhecimento internacional, entretanto, o incremento da participação nas colaborações multinacionais e a intensificação da atividade científica na subárea experimental pode conceder ao Brasil o status dos países desenvolvidos. / Based on bibliometric indicators of production, collaboration and impact, this study investigates the Brazilian scientific papers on High Energy Physics (HEP) indexed by the Science Citation Index (SCI) in the Web of Science (WoS) from 1983 to 2013. All publications in journals embraced by the subject category Physics, Particles & Fields were part of this research. Data were organized and analyzed using the software Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R and Excel 2007. The 6.350 papers recovered suggest that the annual growth in production may have been caused by the expansion of Graduate Programs on lines of research related to HEP and by the expansion of groups of the same line in the National Council for Scientific and Technological Development (CNPq), as well as by Brazil’s participation in international collaborations and by the institution of the National Network of High Energy Physics (RENAFAE). The distribution of papers by Web of Science Category (WC) showed that the area centers its publication in a small number of journals in English, especially the Physical Review D (PRD). The predominant categories were Astronomy & Astrophysics, with 45,63% of the publications, and Nuclear Physics, with 18,66%. The most productive Brazilian scientists are from the experimental subarea and affiliated to public institutions in Rio de Janeiro and São Paulo. Universities were responsible for 80,92% of the output. The numbers related to coauthorship grew in the researched period, registering an average of 155,89 authors per article. The study sample proved that the share of single authorship publications (11,39%) is tied to Theoretical Physics. The growth in both the number of articles and the number of collaborations is coherent with the linear regression model. The decrease in the average of institutions per article when considering only the Brazilian institutions indicates the preference for international collaborations due to the cost and complexity of the researches. MDS and clusters analyzes confirm the existence of regional groups. The average of countries per article is of 4,87. HEP’s proportion of international coauthorship (49,07%) is higher than the rates found in the Brazilian scientific output in recent years. The predominance of foreign researchers in the collaboration network confirms the internationalization of the activity and the presence of Brazil in multinational experiments. Absolute indicators show that the U.S.A., Russia and France are Brazil’s main partners in coauthored publications. Relative indicators display a process of decentralization and diversification of Brazilian collaborations, with a significant presence of Colombia and Eastern Europe in the coauthorships. Impact indicators show that Brazilian papers received 78.812 citations to 41.152 documents. The data show that 87,65% of the publications were mentioned one or more times during the period. The general characteristics of the articles that cited Brazilian works revealed a predominance of publications in foreign journals and in English. Field and Particle Physics, with 36,24%, and Astronomy & Astrophysics, with 21,17%, were the two categories that most cited Brazilian works in the area. International documents represent 88,15% of the citations, especially the publications by the U.S.A., Germany and Italy. The Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) stands out among the institutions which the citing authors are affiliated to. The study concludes that HEP has international recognition; however, the increase in Brazil’s participation in multinational collaborations and the intensification of scientific activity in the experimental subarea can give Brazil the same status granted to developed countries. / Con base en indicadores bibliométricos de producción, colaboración e impacto, este trabajo investiga los artículos científicos brasileños de Física de Altas Energías (FAE) indexados por el Science Citation Index (SCI) de la Web of Science (WoS) en el período de 1983-2013. Hicieron parte del estudio todas las publicaciones en revistas incluidas en la categoría de materias Physics, Particles & Fields. Los datos fueron organizados y analizados con ayuda de los softwares Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R y Excel 2007. Los 6.350 artículos sugieren que el crecimiento de la producción anual puede haber sido consecuencia de la expansión de los Programas de Postgrado con líneas de investigación FAE y grupos del Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), de la participación de Brasil en las colaboraciones internacionales y de la institución de la Rede Nacional de Física de Altas Energias (RENAFAE). La distribución de los artículos por Web of Science Category (WC) demostró que la área centraliza la publicación en un número reducido de periódicos extranjeros de lengua inglesa, con realce para Physical Review D (PRD). Astronomía & Astrofísica con 45,63% y Física Nuclear con 18,66% de participación fueron las categorías predominantes. Los científicos brasileños más productivos son de la subárea experimental y pertenecen a instituciones públicas del eje Rio de Janeiro-São Paulo. Las universidades fueron responsables por 80,92% de la producción. La co-autoría entre individuos creció durante el período, registrando media de 155,89 autores por artículo. El estudio por muestreo demostró que la fracción de publicaciones de autoria única (11,39%) está vinculada a la Física Teórica. Tanto el crecimiento del número de artículos como el de colaboraciones se ajustan al modelo de regresión lineal. La disminución de la media de las instituciones por artículo cuando consideradas solamente las nacionales, denota a preferencia por la colaboración internacional debido a los costos y complejidad de las investigaciones. Los análisis de MDS y clusters confirman la existencia de grupos regionales. La media de países por artículo es de 4,87. La proporción de co-autorías internacionales de la FAE (49,07%) es superior a las tasas verificadas en la producción científica brasileña en los últimos años. El predominio de investigadores extranjeros en la red de colaboración confirma la internacionalización de la actividad y la presencia de Brasil en los experimentos multinacionales. Los indicadores absolutos muestran que los EE.UU., Rusia y Francia son los principales socios. Los indicadores relativos exponen un proceso de descentralización y diversificación de las colaboraciones nacionales, con presencia relevante de Colombia y países del este europeo. El impacto de la investigación en FAE señala que los artículos brasileños recibieron 78.812 citas provenientes de 41,152 documentos. Los datos muestran que 87,65% de las publicaciones fueron citadas una o más veces en el período. Las características generales de los citandos revelan el predominio del artículo publicado en revista extranjera en lengua inglesa. La Física de Partículas y Campos con 36,24% y la Astronomía & Astrofísica con 21,17% de participación fueron las categorías citandas salientes. Los documentos internacionales representan 88,15% de las citas, con distinción para las publicaciones de Estados Unidos, Alemania e Italia. El Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) se destaca entre las instituciones de los autores citandos. Concluye que la FAE tiene reconocimiento internacional, sin embargo, el aumento de la participación en las colaboraciones multinacionales y la intensificación de la actividad científica en la subárea experimental pueden darle al Brasil el status de los países desarrollados.

Com base em indicadores bibliométricos de produção, colaboração e impacto, este trabalho investiga os artigos científicos brasileiros da Física de Altas Energias (FAE) indexados pelo Science Citation Index (SCI) da Web of Science (WoS) no período de 1983-2013. Fizeram parte do estudo todas as publicações em periódicos abrangidos na categoria de assunto Physics, Particles & Fields. Os dados foram organizados e analisados com auxílio dos softwares Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R e Excel 2007. Os 6.350 artigos sugerem que o crescimento anual da produção pode ter sido consequência da ampliação dos Programas de Pós-Graduação (PPGs) com linhas de pesquisa FAE e grupos do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da participação do Brasil nas colaborações internacionais e da instituição da Rede Nacional de Física de Altas Energias (RENAFAE). A distribuição das artigos por Web of Science Category (WC) demonstrou que a área centraliza a publicação em um número reduzido de periódicos estrangeiros de língua inglesa, com destaque para Physical Review D (PRD). A Astronomia & Astrofísica com 45,63% e a Física Nuclear com 18,66% de participação foram as categorias predominantes. Os cientistas nacionais mais produtivos são da subárea experimental e filiados a instituições públicas do eixo Rio de Janeiro-São Paulo. As universidades foram responsáveis por 80,92% da produção. A coautoria entre indivíduos cresceu ao longo do período, registrando média de 155,89 autores por artigo. O estudo por amostragem provou que a parcela de publicações de autoria única (11,39%) está vinculada à Física Teórica. Tanto o crescimento do número de artigos quanto o de colaborações se ajustam ao modelo de regressão linear. O decréscimo da média de instituições por artigo quando consideradas somente as nacionais, denota a preferência pela colaboração internacional em razão do custo e complexidade das investigações. As análises de MDS e clusters confirmam a existência de grupos regionais. A média de países por artigo é de 4,87. A proporção de coautorias internacionais da FAE (49,07%) é superior aos índices verificados na produção científica brasileira em anos recentes. O predomínio de pesquisadores estrangeiros na rede de colaboração confirma a internacionalização da atividade e a presença do Brasil nos experimentos multinacionais. Os indicadores absolutos expressam que EUA, Rússia e França são os principais parceiros. Os indicadores relativos expõem um processo de desconcentração e diversificação das colaborações nacionais, com presença relevante da Colômbia e países do leste europeu. O impacto da pesquisa em FAE aponta que os artigos brasileiros receberam 78.812 citações provenientes de 41.152 documentos. Os dados mostram que 87,65% das publicações foram citadas uma ou mais vezes no período. As características gerais dos citantes revelam a prevalência do artigo publicado em periódico estrangeiro na língua inglesa. A Física de Partículas e Campos com 36,24% e a Astronomia & Astrofísica com 21,17% de participação foram as categorias citantes salientes. Os documentos internacionais representam 88,15% das citações, com distinção para as publicações dos EUA, Alemanha e Itália. O Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) se destaca entre as instituições de filiação dos autores citantes. Conclui que a FAE detém reconhecimento internacional, entretanto, o incremento da participação nas colaborações multinacionais e a intensificação da atividade científica na subárea experimental pode conceder ao Brasil o status dos países desenvolvidos. / Based on bibliometric indicators of production, collaboration and impact, this study investigates the Brazilian scientific papers on High Energy Physics (HEP) indexed by the Science Citation Index (SCI) in the Web of Science (WoS) from 1983 to 2013. All publications in journals embraced by the subject category Physics, Particles & Fields were part of this research. Data were organized and analyzed using the software Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R and Excel 2007. The 6.350 papers recovered suggest that the annual growth in production may have been caused by the expansion of Graduate Programs on lines of research related to HEP and by the expansion of groups of the same line in the National Council for Scientific and Technological Development (CNPq), as well as by Brazil’s participation in international collaborations and by the institution of the National Network of High Energy Physics (RENAFAE). The distribution of papers by Web of Science Category (WC) showed that the area centers its publication in a small number of journals in English, especially the Physical Review D (PRD). The predominant categories were Astronomy & Astrophysics, with 45,63% of the publications, and Nuclear Physics, with 18,66%. The most productive Brazilian scientists are from the experimental subarea and affiliated to public institutions in Rio de Janeiro and São Paulo. Universities were responsible for 80,92% of the output. The numbers related to coauthorship grew in the researched period, registering an average of 155,89 authors per article. The study sample proved that the share of single authorship publications (11,39%) is tied to Theoretical Physics. The growth in both the number of articles and the number of collaborations is coherent with the linear regression model. The decrease in the average of institutions per article when considering only the Brazilian institutions indicates the preference for international collaborations due to the cost and complexity of the researches. MDS and clusters analyzes confirm the existence of regional groups. The average of countries per article is of 4,87. HEP’s proportion of international coauthorship (49,07%) is higher than the rates found in the Brazilian scientific output in recent years. The predominance of foreign researchers in the collaboration network confirms the internationalization of the activity and the presence of Brazil in multinational experiments. Absolute indicators show that the U.S.A., Russia and France are Brazil’s main partners in coauthored publications. Relative indicators display a process of decentralization and diversification of Brazilian collaborations, with a significant presence of Colombia and Eastern Europe in the coauthorships. Impact indicators show that Brazilian papers received 78.812 citations to 41.152 documents. The data show that 87,65% of the publications were mentioned one or more times during the period. The general characteristics of the articles that cited Brazilian works revealed a predominance of publications in foreign journals and in English. Field and Particle Physics, with 36,24%, and Astronomy & Astrophysics, with 21,17%, were the two categories that most cited Brazilian works in the area. International documents represent 88,15% of the citations, especially the publications by the U.S.A., Germany and Italy. The Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) stands out among the institutions which the citing authors are affiliated to. The study concludes that HEP has international recognition; however, the increase in Brazil’s participation in multinational collaborations and the intensification of scientific activity in the experimental subarea can give Brazil the same status granted to developed countries. / Con base en indicadores bibliométricos de producción, colaboración e impacto, este trabajo investiga los artículos científicos brasileños de Física de Altas Energías (FAE) indexados por el Science Citation Index (SCI) de la Web of Science (WoS) en el período de 1983-2013. Hicieron parte del estudio todas las publicaciones en revistas incluidas en la categoría de materias Physics, Particles & Fields. Los datos fueron organizados y analizados con ayuda de los softwares Bibexcel, UCINET, Gephi, Philcarto, SPSS, R y Excel 2007. Los 6.350 artículos sugieren que el crecimiento de la producción anual puede haber sido consecuencia de la expansión de los Programas de Postgrado con líneas de investigación FAE y grupos del Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), de la participación de Brasil en las colaboraciones internacionales y de la institución de la Rede Nacional de Física de Altas Energias (RENAFAE). La distribución de los artículos por Web of Science Category (WC) demostró que la área centraliza la publicación en un número reducido de periódicos extranjeros de lengua inglesa, con realce para Physical Review D (PRD). Astronomía & Astrofísica con 45,63% y Física Nuclear con 18,66% de participación fueron las categorías predominantes. Los científicos brasileños más productivos son de la subárea experimental y pertenecen a instituciones públicas del eje Rio de Janeiro-São Paulo. Las universidades fueron responsables por 80,92% de la producción. La co-autoría entre individuos creció durante el período, registrando media de 155,89 autores por artículo. El estudio por muestreo demostró que la fracción de publicaciones de autoria única (11,39%) está vinculada a la Física Teórica. Tanto el crecimiento del número de artículos como el de colaboraciones se ajustan al modelo de regresión lineal. La disminución de la media de las instituciones por artículo cuando consideradas solamente las nacionales, denota a preferencia por la colaboración internacional debido a los costos y complejidad de las investigaciones. Los análisis de MDS y clusters confirman la existencia de grupos regionales. La media de países por artículo es de 4,87. La proporción de co-autorías internacionales de la FAE (49,07%) es superior a las tasas verificadas en la producción científica brasileña en los últimos años. El predominio de investigadores extranjeros en la red de colaboración confirma la internacionalización de la actividad y la presencia de Brasil en los experimentos multinacionales. Los indicadores absolutos muestran que los EE.UU., Rusia y Francia son los principales socios. Los indicadores relativos exponen un proceso de descentralización y diversificación de las colaboraciones nacionales, con presencia relevante de Colombia y países del este europeo. El impacto de la investigación en FAE señala que los artículos brasileños recibieron 78.812 citas provenientes de 41,152 documentos. Los datos muestran que 87,65% de las publicaciones fueron citadas una o más veces en el período. Las características generales de los citandos revelan el predominio del artículo publicado en revista extranjera en lengua inglesa. La Física de Partículas y Campos con 36,24% y la Astronomía & Astrofísica con 21,17% de participación fueron las categorías citandas salientes. Los documentos internacionales representan 88,15% de las citas, con distinción para las publicaciones de Estados Unidos, Alemania e Italia. El Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) se destaca entre las instituciones de los autores citandos. Concluye que la FAE tiene reconocimiento internacional, sin embargo, el aumento de la participación en las colaboraciones multinacionales y la intensificación de la actividad científica en la subárea experimental pueden darle al Brasil el status de los países desarrollados.

This dissertation consist of three parts. The first part of the thesis is devoted to the study of gravity and higher spin gauge theories in 2+1 dimensions. We construct cosmological so-lutions of higher spin gravity in 2+1 dimensional de Sitter space. We show that a consistent thermodynamics can be obtained for their horizons by demanding appropriate holonomy conditions. This is equivalent to demanding the integrability of the Euclidean boundary CFT partition function, and reduces to Gibbons-Hawking thermodynamics in the spin-2 case. By using a prescription of Maldacena, we relate the thermodynamics of these solutions to those of higher spin black holes in AdS3. For the case of negative cosmological constant we show that interpreting the inverse AdS3 radius 1=l as a Grassmann variable results in a formal map from gravity in AdS3 to gravity in flat space. The underlying reason for this is the fact that ISO(2,1) is the Inonu-Wigner contraction of SO(2,2). We show how this works for the Chern-Simons actions, demonstrate how the general (Banados) solution in AdS3 maps to the general flat space solution, and how the Killing vectors, charges and the Virasoro algebra in the Brown-Henneaux case map to the corresponding quantities in the BMS3 case. Our results straightforwardly generalize to the higher spin case: the flat space higher spin theories emerge automatically in this approach from their AdS counterparts. We also demonstrate the power of our approach by doing singularity resolution in the BMS gauge as an application. Finally, we construct a candidate for the most general chiral higher spin theory with AdS3 boundary conditions. In the Chern-Simons language, the left-moving solution has Drinfeld-Sokolov reduced form, but on the right-moving solution all charges and chemical potentials are turned on. Altogether (for the spin-3 case) these are 19 functions. Despite this, we show that the resulting metric has the form of the “most general” AdS3 boundary conditions discussed by Grumiller and Riegler. The asymptotic symmetry algebra is a product of a W3 algebra on the left and an affine sl(3)k current algebra on the right, as desired. The metric and higher spin fields depend on all the 19 functions. The second part is devoted to the problem of Neumann boundary condition in Einstein’s gravity. The Gibbons-Hawking-York (GHY) boundary term makes the Dirichlet problem for gravity well defined, but no such general term seems to be known for Neumann boundary conditions. In our work, we view Neumann boundary condition not as fixing the normal derivative of the metric (“velocity”) at the boundary, but as fixing the functional derivative of the action with respect to the boundary metric (“momentum”). This leads directly to a new boundary term for gravity: the trace of the extrinsic curvature with a specific dimension-dependent coefficient. In three dimensions this boundary term reduces to a “one-half” GHY term noted in the literature previously, and we observe that our action translates precisely to the Chern-Simons action with no extra boundary terms. In four dimensions the boundary term vanishes, giving a natural Neumann interpretation to the standard Einstein-Hilbert action without boundary terms. We also argue that a natural boundary condition for gravity in asymptotically AdS spaces is to hold the renormalized boundary stress tensor density fixed, instead of the boundary metric. This leads to a well-defined variational problem, as well as new counter-terms and a finite on-shell action. We elaborate this in various (even and odd) dimensions in the language of holographic renormalization. Even though the form of the new renormalized action is distinct from the standard one, once the cut-off is taken to infinity, their values on classical solutions coincide when the trace anomaly vanishes. For AdS4, we compute the ADM form of this renormalized action and show in detail how the correct thermodynamics of Kerr-AdS black holes emerge. We comment on the possibility of a consistent quantization with our boundary conditions when the boundary is dynamical, and make a connection to the results of Compere and Marolf. The difference between our approach and microcanonical-like ensembles in standard AdS/CFT is emphasized. In the third part of the dissertation, we use the recently developed CFT techniques of Rychkov and Tan to compute anomalous dimensions in the O(N) Gross-Neveu model in d = 2 + dimensions. To do this, we extend the “cow-pie contraction” algorithm of Basu and Krishnan to theories with fermions. Our results match perfectly with Feynman diagram computations.