L'idée de base de cette thèse est la mesure de la fonction de fragmentation du quark b dans un environnement de collisionneur e+e−, le LEP, à une énergie dans le centre de masse qui est celle du pic du Z0 et sa transposition dans le cadre d'un collisionneur hadronique, le TeVatron, à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV. Pour cela on utilise le cadre de l'expérience DELPHI au LEP et celui de l'expérience CDF au TeVatron. Ces deux détecteurs sont particulièrement bien adaptés pour réaliser cette mesure. Tous deux bénéficient du nécessaire ensemble de sous-détecteurs de traces et d'identification de particules très performants. De plus CDF s'est équipé d'un système de déclenchement novateur, basé sur l'information du trajectographe gazeux et du microvertex, qui lui permet de tirer le meilleur profit des hauts taux de production de b en collisionneur hadronique. L'analyse développée ici extrait les composantes QCD perturbative et QCD non perturbative de la fonction de fragmentation dans le contexte e+e−. En effet, dans ce cadre, le processus QCD est bien compris, ce qui permet d'extraire la partie non perturbative directement à partir des données et non pas, comme habituellement, par comparaison avec les prédictions de divers modèles de fragmentation introduits dans le Monte Carlo et en ajustant les paramètres pour faire correspondre au mieux données simulées et réelles. On peut directement utiliser la partie non perturbative de la fonction de fragmentation ainsi trouvée à l'environnement d'un collisionneur hadronique, pourvu que l'on se place dans le même cadre de travail et que l'on tienne correctement compte de tous les processus QCD de production du b. L'impact de cette étude pour d'autres mesures telle que, par exemple, celle des oscillations Bs ou celle de la section efficace de production du b au TeVatron est présenté en conclusion de ce travail.

Cette these presente le resultat obtenu a l'aide des premieres donnees collectees par NA48 en 1997 pour la mesure du parametre $Re(\varepsilon'/\varepsilon)$ de violation directe de CP. Une attention particuliere est portee a l'etude des performances des systemes de declenchement.

L'expérience AMS-02 est un détecteur de physique des particules qui sera installé sur la station spatiale internationale (ISS) pour une durée d'au moins 3 ans début 2008. Les motivations physiques sont la mesure des rayons cosmiques (e-, e+, p, p-bar, gamma, He, C,...), la recherche indirecte de matière noire, la recherche d'antimatière pour Z>2 et l'étude des photons du GeV au TeV. L'expérience HEAT a mesuré le spectre de positons jusqu'à 30 GeV. Elle montre une possible distorsion autour de 8 GeV, qui peut s'interpreter comme un signal de matière noire. La mesure du spectre de positons cosmiques nécessite une séparation positons/protons de l'ordre de 10^5, obtenue par l'utilisation conjointe des sous-détecteurs d'AMS-02. Les tests en faisceaux de 2002 du calorimètre électromagnétique ont permis de déterminer son pouvoir de séparation "électrons"/protons grâce à un réseau de neurones. Cette technique, basée sur des variables discriminantes et mise au point sur les données, a été utilisée pour déterminer l'acceptance en positons du détecteur en combinant les informations des autres sous-détecteurs. On peut aussi estimer le nombre de positons d'origine conventionnelle et déterminer la capacité de détection de signaux issus de matière noire froide. Cette étude est présentée pour des signaux issus de neutralinos supersymétriques et de particules stables de Kaluza-Klein. Les flux restent naturellement trop faibles pour être détectables. Le signal peut être amplifié grâce à l'existence de surdensités locales de matière noire qui apparaissent naturellement dans les modèles de formation de galaxie. Une modélisation de ces surdensités a été mise au point et présentée.

Le quark top, dont la masse est de l'ordre de grandeur de l'échelle de brisure de la symétrie électrofaible, est de loin la particule élémentaire la plus lourde connue à ce jour. Cette propriété laisse penser qu'une éventuelle physique au-delà du modèle standard devrait se manifester d'abord dans le secteur du top. Le Tevatron est, actuellement, le seul accélérateur pouvant produire le quark top. Parmi tous les processus de production du top dans le modèle standard, ceux de production de paire top-antitop par interaction forte, observés pour la première fois en 1995, ont les sections efficaces les plus importantes. Les processus de production par interaction faible (encore appelés single top), plus difficile à mettre en évidence car de sections efficaces plus faibles et avec un rapport signal/bruit moins favorable, n'ont jamais été observés. Leur intérêt théorique est considérable puisqu'ils permettront de tester la théorie électrofaible dans le secteur où elle est le moins bien connue. Ces processus ont été recherchés dans cette thèse en étudiant les collisions proton-antiproton à sqrt(s)=1.96 TeV produites par le Tevatron, et enregistrées grâce au détecteur D0. L'étude expérimentale du quark top dépend de manière cruciale de la qualité des données recueillies dans le calorimètre. Ce dernier présentait, au début du Run II, des problèmes de bruit assez importants. Après avoir identifié l'origine du bruit, des traitements au niveau de la reconstruction hors-ligne ont été mis en œuvre et leurs effets étudiés. Il a ainsi été possible de réduire de manière importante l'impact du bruit sur la reconstruction des objets physiques sans dégradation notable de signal. Dans le cadre du modèle standard, le top se désintègre en Wb avec un rapport d'embranchement proche de 100%. La désintégration du W en électron + neutrino a été utilisé pour identifier le W issu de la désintégration du top. Les principaux bruits de fond au signal du single top (W+jets et QCD) contiennent essentiellement des jets de quarks légers dans l'état final. Deux algorithmes d'étiquetage des jets de quark b ont donc été utilisés pour augmenter le rapport signal/bruit. Aucun signal n'a été mis en évidence. Les limites observées (attendues) à 95% de niveau de confiance sur les sections efficaces de production sont de 14.3 (11.3) pb pour la voie s, 27.7 (21.5) pb pour la voie t et 28 (19.8) pb pour la somme des deux voies.

Les oscillations de neutrinos occupent la majeure partie des expériences s'intéressant à cette particule. Ce mécanisme utilise le fait que les neutrinos soient massifs pour permettre de passer d'un état de saveur à un autre. L'expérience OPERA commencera à prendre des données au printemps 2006. Son but est de prouver sans ambiguïté ce mécanisme en observant l'apparition de neutrinos tauïques dans le faisceau CNGS composé de neutrinos muoniques. Cette thèse présente une description des faisceaux de neutrinos, en s'appuyant sur le faisceau CNGS, tiré du CERN vers le laboratoire italien du Gran Sasso. Le flux de ces neutrinos est recalculé, et des simulations sont menées pour étudier les défauts d'alignement des éléments de la ligne de faisceau. Le détecteur OPERA est composé de briques faites d'un empilement de plaques de plomb et de films d'émulsion photographique, de deux trajectrographes et de deux spectromètres. La haute résolution en position des émulsions (<1 mu m) permet d'identifier les tau crées par l'interaction par courant chargé des neutrinos tauïques. La localisation des briques touchées par un neutrino est faite à l'aide d'un réseau de scintillateurs. La reconstruction des traces dans ces scintillateurs, ainsi que dans les spectromètres, fait partie des travaux présentés dans cette thèse. Un algorithme d'identification des muons a également été développé dans cette thèse. Il permet une réduction d'un facteur 20 du bruit de fond charmé. Le futur de la physique des oscillations de neutrinos passe par la construction de faisceaux de neutrinos de plus en plus intenses, pour arriver à mesurer les derniers paramètres inconnus (theta13 et deltaCP). Le projet de faisceau du CERN vers le tunnel de Fréjus est revisité dans la dernière partie de cette thèse. Une optimisation complète de la ligne de faisceau est proposée, et permet d'atteindre une sensibilité de theta13 de l'ordre du degré.

L'expérience D0 se déroule au laboratoire Fermilab situé aux Etats-Unis. Elle étudie les collisions proton-antiproton à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV fournies par l'accélérateur TeVatron. L'acquisition des données par le détecteur D0 utilise un système de déclenchement sophistiqué permettant de sélectionner les collisions présentant un potentiel de physique intéressant. Le processeur électronique L2STT permet de déclencher sur la présence de particules à longue durée de vie dans l'état final. C'est par exemple le cas de la désintégration du Higgs en une paire de quarks b. Sa conception bénéficie des avancées récentes dans le domaine des hautes technologies. Ce système est dorénavant complètement installé et permettra très prochainement une optimisation supplémentaire de la stratégie de déclenchement de l'expérience. Les leptoquarks sont des particules responsables d'une interaction hypothétique entre les quarks et les leptons du Modèle Standard. La mise en évidence d'une telle particule serait interprétée comme signalant l'existence d'une nouvelle physique. Il s'agit dans ce manuscrit d'une recherche directe dans la topologie à jets et énergie transverse manquante. Dans le but de mener à bien cette recherche, une méthode de déclenchement devrait tout d'abord être développée ainsi qu'un outil précis pour déterminer son efficacité. L'analyse des événements présentant la topologie de jets acoplanaires a été conduite sur un lot de données correspondant à une luminosité intégrée de $85 pb^-1$. Cette analyse a permis d'exclure un domaine de masse pour les leptoquarks allant de $85 GeV/c^2$ à $109 GeV/c^2$ à 95% de niveau de confiance.

Dans cette thèse nous avons posé les premières contraintes sur les paramètres du modèle de dimensions supplémentaires de Randall-Sundrum, à savoir k/M_Pl qui est proportionnel au couplage du graviton aux champs du modèle standard et M_G qui est la masse du premier état excité du graviton. L'analyse du signal Monte Carlo est basée sur le générateur PYTHIA. Cette étude a permis de mettre en évidence et de rectifier une erreur dans le générateur PYTHIA grâce à l'élaboration d'un générateur indépendant dédié à cette analyse. Le lot de données utilisées pour l'analyse correspond à la période de prise des données effectuée par la collaboration Dzero au Tevatron allant de novembre 2002 à juillet 2003, qui correspond à une luminosité totale de 107,8 pb-1. La recherche du graviton dans ses désintégrations en paires de muons a permis de mesurer dans un premier temps la section efficace de production du boson Z multiplié par le rapport d'embranchement du Z en deux muons.

OPERA a pour objectif de mettre en évidence l'oscillation nu_mu -> nu_tau par l'observation directe de nu_tau dans un faisceau de nu_mu. Pour ce faire un faisceau de neutrino nm est produit au CERN et dirigé vers le détecteur OPERA, situé à 732 km dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso. Les émulsions photographiques composant le détecteur ont une très bonne résolution spatiale (mu m) et vont permettre de détecter un lepton tau caractéristique d'une interaction nu_tau courant chargé. L'analyse des émulsions est donc un point clé de l'expérience OPERA. Le développement des logiciels de simulation et de reconstruction constitue une partie de mon travail de thèse. L'autre objectif de cette thèse est de montrer qu'avec une analyse cinématique appropriée, le canal de désintégration tau -> 3 hadrons chargés peut être exploité au même titre que les autres canaux de désintégration dans l'analyse des données d'OPERA.

NIL

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