L'expérience NA48 a pour but d'étude de la violation directe de la symétrie CP dans le système des kaons neutres. Le double rapport entre les taux de désintégrations neutres et chargées en deux pions violant et conservant CP doit être mesuré avec une précision ultime de environ $0.1\%$. Un des éléments importants pour atteindre cet objectif est le calorimètre électromagnétique à krypton liquide qui permet l'identification des modes neutres avec une très bonne précision. Il s'agit donc de s'assurer que les effets systématiques sont faibles. Les performances de ce calorimètre, principalement sur la mesure de l'énergie, sont étudiées avec les données prises en 1997. Ces études sont principalement effectuées avec les désintégrations semileptoniques $K_(e3)$ en comparant l'énergie reconstruite dans le calorimètre avec l'impulsion donnée par le spectromètre magnétique. Ces données permettent de contraindre significativement la résolution en énergie, la non linéarité de la réponse, ainsi que la géométrie du détecteur, et d'optimiser sa calibration. La résolution en énergie obtenue est meilleure que $1\%$ pour des énergies au-dessus de $25$ $GeV$. Ceci permet de réduire le bruit de fond dans le mode neutre au niveau de $0.1\%$. Les erreurs systématiques provenant du calorimètre sur la mesure du double rapport sont évalués pour les données 1997 à $0.10\%$. Ceci est netttement inférieur à l'erreur statistique de $0.27\%$ pour ces données.

Le cycle de vie d'un grand détecteur pour la physique des Hautes Energies peut être<br />divisé en quatre phases: la conception, le dessin, la construction, et le<br />fonctionnement/maintenance. Des systèmes informatiques existants permettent de<br />gérer la conception et le dessin détaillé, et d'autres l'enregistrement des données du<br />détecteur et leur analyse. Cependant, l'équivalent n'existe pas pour la phase de<br />construction, où seules des solutions particulières à chaque problème ont été utilisées.<br /><br /><br />Les détecteurs de la prochaine génération à construire pour les expériences auprès du<br />futur accélérateur LHC (Large Hadron Collider) du CERN (Laboratoire Européen de<br />Physique des Particules) à Genève seront dix fois plus complexes que les détecteurs<br />existants, et leur cycle de vie s'étendra sur une vingtaine d'années. Cette complexité<br />croissante associée une durée de vie plus grande impose des solutions informatiques<br />solides et évolutives pour maîtriser le processus de construction.<br /><br /><br />En conséquence, dans cette thèse nous avons étudié et appliqué les techniques de<br />contrôle de production à la phase de construction d'un grand détecteur pour la<br />physique. Cette thèse et le travail associé sont une contribution à la conception et à la<br />mise en œuvre du projet CRISTAL (Coopérative Repositories and Information<br />System for Tracking Assembly Lifecycle, soit en français: Système d'Information et<br />de Bases de données fédérés pour le suivi de construction), le premier logiciel qui ait<br />été conçu pour saisir les caractéristiques et enregistrer la totalité de l'histoire<br />individuelle de chaque composant d'un détecteur pendant la phase de construction.<br />Dans sa conclusion, cette thèse montre comment les techniques développées peuvent<br />être appliquées au monde de l'industrie.

L'analyse des données des tests en faisceau a porté sur l'étalonnage du calorimètre électromagnétique d'ATLAS. Un modèle électrique a été développé pour prédire la forme du signal de physique à partir de celui d'étalonnage et produire les coefficients de filtrage optimal: ceux-ci permettent de calculer l'énergie en optimisant le bruit d'électronique et en s'affranchissant de décalages en temps. L'uniformité de réponse obtenue avec ces constantes est de 0.6%, valeur compatible avec le terme constant requis de 0.7% sur l'ensemble du calorimètre. L'étude de photons non pointants est motivée par la détection de neutralinos avec un long temps de vie, prédit par le modèle SUSY GMSB. Une étude systématique avec une description détaillée du détecteur a permis de mesurer les performances angulaires attendues du calorimètre électromagnétique pour de tels photons. Les résultats obtenus ont été utilisés pour paramétrer la réponse du détecteur et reconstruire des événements SUSY issus du modèle.

La quête du boson de Higgs, témoin de la brisure de la symétrie électrofaible, est un des buts principaux du détecteur CMS, qui sera placé auprès du futur collisionneur proton-proton LHC. Dans cette thèse, le calorimètre électromagnétique à cristaux de tungstate de plomb est sollicité.<br /><br />D'une part, l'évaluation des performances du calorimètre a été effectuée grâce aux données prises durant les faisceaux tests de l'été 2003, et les choix concernant les différentes électroniques de lecture ont été faits.<br /><br />D'autre part, les capacités du calorimètre électromagnétique ont été utilisées afin d'évaluer le potentiel d'observation du boson de Higgs du Modèle Standard dans le canal dit de production associée : de masse comprise entre 115 et 150 GeV, il se désintègre en deux photons et est produit en association avec un boson W ou Z se désintégrant en électrons ou muons. La présence du (ou des) lepton(s) chargé(s), permettant de localiser le vertex de l'interaction, améliore la mesure de la masse photon-photon par rapport au canal inclusif. Ce signal ainsi que les nombreux bruits de fond ont été simulés et reconstruits. L'analyse des événements permet de confirmer l'observation du boson de Higgs du Modèle Standard dans le canal de production associée. Une étude dans le cadre du MSSM est également effectuée.

Ce travail porte sur une mesure fondamentale du programme de recherche de l'expérience CMS au LHC. La mesure a pour principal objectif de permettre de révéler une éventuelle nature plus complexe du secteur de Higgs que celle stipulée dans le Modèle Standard des particules élémentaires (MS). La démarche consiste à mettre en évidence un boson de Higgs chargé caractéristique de l'extension supersymétrique du MS. Dans un premier temps, les performances des détecteurs à micropistes au silicium, formant une partie du trajectomètre, ont été évaluées à partir des données récoltées lors de tests sur faisceau. Il a ainsi été démontré qu'ils répondaient correctement aux exigences requises en matière d'efficacité de détection, de taux d'impacts fantômes, de résolutions et de réduction d'empilement temporel. Par la suite, un algorithme de recherche d'amas issu de la théorie de l'information, le recuit déterministe, a été mis en œuvre pour améliorer la recherche de vertex au sein du trajectomètre. L'algorithme développé apparaît plus performant qu'une méthode plus classique en termes de vertex fantômes et de résolution spatiale. Enfin, l'étude du potentiel de découverte d'un boson H$^\pm$ léger, s'appuyant sur une recherche de vertex par recuit déterministe, porte sur la possibilité d'observation d'un excès d'événements de type $pp \to t\bar(t) \to H^\pmW^\mp_bar(b)b$ avec une désintégration $^\pm \to \tau\nu_\tau$. Le choix d'une désintégration hadronique du W, en offrant la possibilité de reconstruire la masse transverse du H$^\pm$, permet d'améliorer la sensibilité de l'expérience par rapport aux manifestations de la supersymétrie dans une partie de l'espace des paramètres ($m_A, \tan\beta$). Une méthode de mesure de la masse du boson H$^\pm$ est finalement proposée.

OPERA est une expérience destinée à démontrer que le phénomène d'oscillation des neutrinos est à l'origine des neutrinos atmosphériques (transition $\nu_\mu \to \nu_\tau$ et recherche de l'angle de mélange $\nu_\mu \to \nu_e$). Pour prouver l'apparition des à 732 km du CERN, un détecteur hybride est en cours d'installation dans le souterrain du Gran Sasso. La cible, faite de briques de 8kg composées de feuilles de plomb et d'émulsions photographiques, permet l'observation directe de la désintégration du lepton $\tau$ produit lors des interactions $\nu_\tau$ en courant chargé (CC). La reconstruction des traces, la localisation des interactions neutrino dans la cible ainsi que l'identification du muon sont possibles par des trajectographes placés à l'intérieur de la cible (plans de scintillateurs) et dans le spectromètre qui la suit (détecteurs RPC). Cette thèse est centrée sur le développement des algorithmes nécessaires pour l'identification et la localisation des interactions neutrino dans la cible d'OPERA. Ces algorithmes sont basés sur une approche globale de l'utilisation des détecteurs électroniques. Une classification des événements neutrino est mise en place à partir du muon produit lors des interactions $\nu_\tau$ CC avec désintégration du tau en muon. Elle est optimisée par la reconstruction de traces et par la prise en compte de critères topologiques et calorimétriques reflétant la nature de l'interaction (quasi-élastique, profondément inélastique) ; la logique de localisation de la brique d'interaction est alors adaptée à chaque catégorie. Une carte tridimensionnelle de probabilités de briques est obtenue et donne ainsi la possibilité d'élaborer différentes stratégies d'extraction de briques. Dans cette continuité de ce travail, une étude de faisabilité d'un test sur faisceau appelé OPERETTE a été réalisée. Le projet consistait à installer un détecteur similaire à celui d'OPERA sur un faisceau de neutrinos dans la zone Nord du CERN. OPERA aurait ainsi disposé d'un lot d'événements neutrino avant son démarrage lui permettant de tester les différentes techniques d'analyse.

L'étude de la production des résonances de quarks lourds, telles que le J/$\psi$ (résonance) et $c\bar(c)$l'$\Upsilon$ (résonance $b\bar(b)$), est un des moyens employés pour mettre en évidence la formation d'un plasma de quarks et de gluons dans les collisions d'ions lourds ultra-relativistes. Expérimentalement, ces résonances peuvent être détectées au travers de leur canal de désintégration en deux muons, grâce à un spectromètre. La résolution optimale d'un spectromètre à muons ne peut être atteinte que si la position des différents plans de détection qui le composent est connue avec une très grande précision. La première partie du travail effectué dans cette thèse porte sur la conception et la caractérisation des performances du système de contrôle de la géométrie du spectromètre à muons de l'expérience ALICE auprès du LHC. Ce système, composé de plusieurs centaines d'appareils optiques de type RASNIK, permet de mesurer les déplacements et les déformations des chambres de trajectographie avec une précision meilleure que la centaine de microns. Grâce à son spectromètre à muons associé à un télescope à vertex, l'expérience NA60 étudie la production des dimuons dans les collisions d'ions lourds auprès du SPS au CERN. La seconde partie du travail présenté dans cette thèse porte sur l'analyse des données collectées en collision indium-indium à 158 GeV/c/nucléon. En particulier, le taux de production du J/$\psi$ ainsi que ses distributions en impulsion transverse et en masse transverse sont étudiés en fonction de la centralité de la collision. Les différents résultats issus de cette analyse sont finalement comparés à ceux obtenus par les expériences NA38 et NA50, permettant ainsi d'améliorer notre compréhension du déroulement d'une collision d'ions lourds ultra-relativistes.

Aucun

Les travaux de cette thèse ont pour fil conducteur la caractérisation et l'amélioration de détecteurs en physique des hautes énergies, plus particulièrement l'étude des systèmes de photodétection. La première partie présente les expérimentations concernant les systèmes de détection au sein même de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon ainsi qu'au CERN : les photosenseurs en général, avec un développement particulier sur les photodiodes à avalanche, les chambres à dérive ainsi que la réunion entre ce détecteur de traces et la calorimétrie, illustrée par une expérience réalisée sur un banc cosmique développé à l'Institut. La deuxième partie relate les travaux dans l'expérience L3 (du LEP au CERN). Elle a consisté à tester et installer un détecteur supplémentaire (Active Lead Rings) destiné à améliorer la couverture angulaire de L3 et à affiner ainsi la physique du photon unique, dans le but de confirmer le nombre de familles de neutrinos légers. La troisième partie développe l'implication de l'Institut dans les choix technologiques de réalisation du calorimètre électromagnétique du détecteur Compact Muon Solenoid (CMS) au CERN, dans le cadre de notre participation au programme Large Hadron Collider (LHC). Elle détaille les travaux réalisés lors de la lourde phase de construction de CMS. La quatrième partie présente l'activité en matière d'imagerie médicale : programme de recherche et développement sur les matrices de photodiodes à avalanche et les cristaux associés, dans l'optique de la construction de microtomographes à émission de positons.

Cette thèse a été réalisée au sein du groupe D0 de l'Institut de Physique Nucléaire à Lyon. Le travail a porté sur l'étalonnage en énergie des jets pour l'expérience D0 située sur Tevatron, accélérateur proton-antiproton. Nous avons étudié la contribution de l'énergie sous-jacente sur l'énergie des jets. Nous avons également proposé une nouvelle méthode pour étalonner les jets issus de la fragmentation d'un quark b. Nous avons évalué la réponse de ces jets grâce à des événéments photons + b - jets.