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Cette thèse se compose de deux parties distinctes, qui ont pour objectif l'étude de l'interaction faible des quarks lourds. Elle s'inscrit dans le contexte de la détermination des paramètres fondamentaux de la matrice de mélange de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, mais apporte également des éléments de compréhension de la structure hadronique. À propos de la violation de CP, on aborde les problèmes théoriques qui peuvent se poser lors de l'extraction des angles du Triangle d'Unitarité. Un premier aspect concerne les incertitudes hadroniques générées par les diagrammes pingouin. Dans le cas classique de la désintégration B -> pi+pi-, on propose une description exacte très simple de ces effets, à un seul paramètre, ce qui permet de les contrôler avec des hypothèses phénoménologiques. Un deuxième aspect concerne les ambiguïtés discrètes sur les angles CP et les analyses en espace des phases qui permet de les discriminer : la distribution en masses invariantes pour les désintégrations en trois mésons pseudoscalaires, et la distribution angulaire pour les désintégrations en hypéron et antihypéron. Dans la seconde partie de la thèse, on étudie les facteurs de forme qui décrivent les transitions lourd à léger, du type B -> pi(rho) l nu, B -> K* gamma et B -> K(*) l+l- ; ceux-ci sont au coeur de la détermination de |Vub| et |Vts| par exemple. En utilisant une approche de théorie effective, dérivée de QCD dans la limite de masse lourde initiale et de grande énergie du hadron final, et négligeant les corrections radiatives, on montre que trois facteurs de forme indépendants suffisent à décrire les transitions B -> P et B -> V, où P (V) désigne un méson pseudoscalaire (vecteur) léger par rapport au B. De plus, la dépendance de ces facteurs de forme vis-à-vis de la masse lourde M et de la grande énergie E est factorisable en racine(M) x z(E), et on s'attend plus précisément à un comportement en racine(M) / E^2. Ces prédictions, valables à l'ordre dominant en 1/M, 1/E et alpha_s, sont vérifiées exactement dans le cadre des règles de somme de QCD sur le cône de lumière, ainsi que dans une certaine classe de modèles covariants de quarks constituants, construits selon la prescription de Bakamjian-Thomas.

Les expériences de physique des particules associées au collisionneur LHC devront traiter une collision toutes les 25 ns sur plusieurs centaines de milliers de voies de mesure. La quantité de données produites est considérable.<br> Sur l'expérience LHCb une unité de décision en effectue une première sélection. Nous proposons une solution pour sa réalisation. Il s'agit d'une électronique numérique pipelines à 40 MHz et réalisée en composants programmables avec des interfaces LVDS. Une première version du banc de test est présentée afin de générer des stimuli à la cadence de 40 MHz pour des mots jusqu'à 512 bits.<br> Le preshower fait partie du système calorimétrique de LHCb. Il est composé de 6000 voies de mesure. Le signal physique est d'abord mis en forme grâce à des intégrations analogiques sur 25ns sans temps mort (ASIC). Au bout de 20m de câble, les valeurs d'intégrales (en tension) sont numérisées puis traitées sur une centaine de cartes frontales.<br> La réalisation de prototypes de la partie de traitement des données ont permis de mettre en concurrence une technologie programmable et une technologie ASIC (AMS 0,35 µm) et de prendre en compte les contraintes fortes en terme de nombre de voies de mesure par carte (128 demi-voies) et de résistance aux radiations.

Cette thèse a pour cadre la phase 2 de l'expérience D0, l'un des deux détecteurs du Tevatron au Fermi National Accelerator Laboratory situé pres de Chicago (Illinois, USA). Cette thèse est consacrée à la préparation du Run II et à l'analyse des premières données de physique (février 2002 ­ juin 2002). Des événements tri-lepton (electron and muon) ont été sélectionnés. Ce type dévénement est attendu dans la théorie Supersymétrique avec violation de la R-parité et dans l'hypothèse d'un couplage lambda dominant. Le Modèle Standard ainsi que ses insuffisances sont décrits dans le premier chapitre qui présente aussi les différents modèles supersymétriques y compris celui incluant la gravité utilisé dans cette thèse. Un panorama des précédentes recherches expérimentales de particules supersymétriques clôt ce chapitre. Le deuxième chapitre décrit le fonctionnement du Tevatron ainsi que le détecteur D0. Les algorithmes d'identification des particules et la mesure des variables caractéristiques des événements est expliquée au chapitre 3. Les méthodes d'identification des électrons et des muons sont détaillées dans les chapitres 4 et 5. Le sixième chapitre expose une nouvelle méthode, non encore développée jusqu'à présent dans D0, pour identifier les jets venant de l'hadronisation des quarks b. L'intérêt de cette méthode pour la recherche de particules supersymétriques est discutée. Les caractéristiques des événements supersymétriques et dans l'hypothèse où la R-parité est violée par un couplage lambda sont étudiées dans le chapitre 7 ainsi que la stratégie générale de recherche. L'analyse des premières données Run II data est présentée au chapitre 8, qui décrit les critères de sélection des candidats. Les méthodes pour évaluer les fonds instrumentaux, qui s'ajoutent aux fonds physiques, sont détaillées. Le neuvième chapitre présente un résumé de l'analyse et le potentiel de découverte dans le futur.

La mise en mouvement des atomes d'un matériau par un ion lourd se traduit dans le volume par la création de traces et à la surface par l'éjection d'atomes vers le vide. Ainsi, afin d'appréhender les mécanismes initiaux de formation des traces, nous nous sommes intéressés à la pulvérisation du dioxyde d'uranium par les ions lourds rapides. L'étude est consacrée à l'influence du pouvoir d'arrêt électronique sur l'émission de particule neutre et plus spécifiquement sur la mesure de leurs distributions angulaires. Ces mesures sont complétées par celles des ions émis d'une cible d'UO2 soumise à un bombardement d'ions lourds rapides. L'ensemble des résultats expérimentaux donne accès à : i) la nature des particules pulvérisées ; ii) l'état de charge des particules émises ; iii) la direction d'éjection des particules pulvérisées ; iv) et aux rendements de pulvérisation, obtenus à partir des distributions angulaires. Ces résultats sont confrontés aux modèles de pulvérisation proposés dans la littérature et il apparaît que seul le modèle d'écoulement gazeux supersonique donne des résultats cohérents avec nos observations. Enfin, grâce aux expériences antérieures, réalisées par T. Wiss, concernant l'endommagement du dioxyde d'uranium, ce travail débouche sur la comparaison entre les modifications observées dans le matériau et la pulvérisation. Cette démarche permet de mettre en évidence que seule une fraction de monocouches d'UO2 participe à la pulvérisation.

Le détecteur CMS est l'une des deux expériences généralistes du LHC (Large Hadron Collider). Un des axes de recherche majeur de CMS est la recherche du (des) boson(s) de Higgs. À basse luminosité la signature la plus prometteuse pour un boson de Higgs léger (< 150 GeV) est sa désintégration en deux photons. Compte tenu de l'environnement du LHC, la recherche du Higgs dans ce canal nécessite un calorimètre électromagnétique (ECAL) extrêmement précis, rapide et résistant aux radiations.<br> Afin d'atteindre ce niveau de performances, plusieurs prototypes du calorimètre ont été mis en faisceau au cours des années 1999 et 2000. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'analyse des données obtenues lors de ces tests, avec pour objectif principal l'étude des paramètres jouant un rôle essentiel dans les performances du détecteur, en particulier la résolution en énergie, le suivi en lumière des cristaux et les performances de la chaîne électronique frontale dans sa version quasi-finale.<br> Un autre aspect de notre travail a été de développer une simulation comportant un haut degré de précision et de réalisme de la partie centrale du ECAL, à partir de l'outil de modélisation utilisé en physique des particules GEANT et d'une interface (EUGENIE) permettant d'intégrer des dessins de CAO dans la simulation. Cette description du détecteur a récemment été adoptée par la collaboration CMS et intégrée dans le programme de simulation officiel.

Cette thèse effectuée au sein du groupe Higgs de la collaboration L3 porte sur la recherche d'une signature Higgs, pour des énergies dans le centre de masse comprises entre 192 et 209 GeV, constituant l'un des enjeux majeurs à LEP2. Elle consiste en une contribution aux analyses recherchant le boson de Higgs du Modèle Standard, particuliérement dans le canal "deux jets plus énergie manquante". L'état final pour ce canal, noté H_nu_nubar, est caractérisé par la production d'une paire de quarks b issus du boson de Higgs, et d'une paire de neutrinos issus du boson Z, pour le processus dominant de Higgs-Strahlung. La limite inférieure observée, obtenue avec ce seul canal H_nu_nubar, est de 96 GeV à un niveau de confiance de 95%.<br> De plus, les recherches de production de scalaires neutres sont développées, dans les modèles généraux à deux doublets de Higgs de type II, au moyen d'une analyse dite "indépendante de saveur". On présente aussi les recherches concernant le boson de Higgs "invisible", où le boson Z se désintègre en une paire de fermions et le boson de Higgs en particules indétectables. L'utilisation de ces derniers résultats permet de contraindre les paramètres des modèles supersymétriques minimaux non-universels (sans unification de masse des jauginos).

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En physique hadronique, la structure du nucléon et le confinement des quarks sont des problèmes toujours d'actualité. Les réactions d'électro-production de pions neutres et de difusion Compton virtuelle permettent d'accéder à de nouvelles observables décrivant cette structure. Ce travail porte sur l'expérience de diffusion Compton virtuelle réalisée à Jefferson Lab en 1998. Le faisceau d'électrons d'énergie 4 GeV est envoyé sur une cible cryogénique d'hydrogène, et l'électron et le proton difusés sont détectés en coïncidence grâce aux deux spectromètres du Hall A. Le photon (pion) est détecté par une technique de particule manquante. L'analyse des données de cette expérience a permis d'extraire les sections efficaces des deux processus au quadrimoment de transfert Q2=1 GeV2. La section efficace de diffusion Compton virtuelle a été extraite pour la première fois dans la région des résonances du proton (W compris entre 1.0 et 2.0 GeV) par l'intermédiaire de l'électroproduction de photon. Autour du seuil de production de pion jusqu'à la région de la résonance Delta(1232), ces résultats permettent de mesurer les polarisabilités généralisées, qui décrivent la structure du proton au même titre que les facteurs de forme élastiques. De plus, la mesure de la section efficace d'électro-production de pions neutres dans la région des résonances a permis d'apporter des contraintes sur les modèles phénoménologiques existants.