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.

L'astronomie n'a cessé d'évoluer, recherchant toujours de nouveaux messagers. L'astronomie neutrino va permettre d'accéder à des informations nouvelles sur les objets astrophysiques les plus violents de notre Univers. Un des objectifs du télescope à neutrinos ANTARES est la recherche de sources ponctuelles. Certains objets astrophysiques proches (dans notre galaxie), pourraient être des sources de neutrinos. Les microquasars sont des objets galactiques encore assez mal connus bien que prometteurs. Ce sont des étoiles binaires X présentant des jets radio, à activité variable. Les liens entre leur disque d'accrétion et l'éjection des jets ne sont pas aisément modélisables, et les observations multi-Iongueurs d'ondes commencent à apporter des indices. La plupart des microquasars connus sont dans une partie du ciel visible par ANTARES. Dans ce travail, on montre que, selon certains modèles, les deux micro quasars SS433 et GX339-4, dont l'activité est permanente, pourraient être détectés comme sources ponctuelles de neutrinos par ANTARES. Les autres microquasars ont des périodes typiques d'activité trop courtes pour permettre d'accumuler suffisamment de signal. En revanche, des corrélations avec des observations photoniques apporteront certainement des informations précieuses à la compréhension de ces systèmes complexes considérés comme des micro-répliques locales des lointains qua¬sars. En particulier, la présence de neutrinos indiquera clairement la présence de protons accélérés dans les jets, ce qui est encore une question ouverte à l'heure actuelle. Comme toujours en astronomie, la résolution angulaire est une caractéristique fondamen¬tale d'un télescope à neutrino. Etant donné le principe de reconstruction de la direction des neutrinos (via la trace Tchérenkov des muons engendrés), la résolution angulaire est directement liée à la précision obtenue sur les temps d'arrivée des photons sur les photomultiplicateurs. C'est pourquoi plusieurs moyens redondants de calibration en temps sont prévus pour ANTARES. Un des systèmes a été développé et utilisé dans le cadre de ce travail. Il est utilisé à terre, en chambre noire, avant la mise à l'eau du détecteur. On illumine simultanémment tous les modules optiques d'un secteur à l'aide d'un laser et d'un système de fibres optiques. L'analyse des différences en temps permet de synchroniser tous les modules optiques, étape nécessaire pour la reconstruction d'une trace de muon. Ce système a été mis au point pour la construction de la ligne secteur prototype d'ANTARES, qui a été en opération au printemps 2003. L'utilisation du sytème a montré sa fonctionnalité. L'analyse des données de calibration prises en chambre noire ont montré sa stabilité à 0.2 ns, ce qui permet d'effectuer la calibration avec la précision voulue (mieux que 0.5 ns). Il sera re-utilisé et dupliqué pour le deuxième site d'intégration, pour réaliser la calibration en temps, à terre, de l'ensemble des 12 lignes définitives d'ANTARES dont la production commence en 2004.

Si le Modèle Standard décrit encore la plupart des phénomènes connus, l'observation des oscillations de saveurs des neutrinos constitue une brèche significative à ce cadre. De plus, un certain nombre d'arguments théoriques semblent favoriser aujourd'hui des cadres d'interprétation plus larges, basés sur l'extension du groupe de symétries internes (théories de Grande Unification), de symétries externes changeant les propriétés de l'espace-temps (les dimensions supplémentaires), ou encore des deux (la supersymétrie). Dans tous les cas cependant le Modèle Standard demeure la théorie effective des "basses énergies", c'est-à-dire des phénomènes en deça de l'échelle électro-faible. Sa compréhension et celle de ses limitations constituent donc le point de départ obligé de la recherche de toute nouvelle physique. Dans ce cadre, la recherche du boson de Higgs revêt aujourd'hui le caractère de recherche prioritaire, puisqu'il est intimement lié au mécanisme de génération des masses. Les études menées pendant la phase de préparation des expériences CDF et D0 à la période de haute luminosité ont montré que la mise en évidence de cette particule, dans le cadre standard ou non, requiert avant tout une luminosité de plus de $10 fb^(-1)$ par expérience. Dans l'hypothèse où ce chiffre ne serait pas atteint, les expériences CDF et DO apporteront toutefois des indications précieuses quant à l'existence d'un Higgs neutre "léger", notamment dans le cadre des mesures de précision sur la masse du boson W et la masse du quark top, qui contraignent fortement la masse du Higgs dans le cadre du Modèle Standard. Le Modèle Standard semble être déjà mis en défaut par le phénomène d'oscillation des neutrinos d'une saveur à l'autre. Si ce dernier est confirmé, et OPERA participe directement à ce programme, il faudra établir les paramètres de la "matrice CKM pour les leptons". La détermination de ses paramètres constituera encore un programme de longue haleine pour la physique des particules.

L'expérience ATLAS, dont les prises de données d'ébuteront en 2007 auprès du collisionneur proton-proton LHC, possède un calorimètre électromagnètique à échantillonnage plomb-argon très performant. La présente thèse se propose d'étudier la réponse et l'uniformité du calorimètre à partir des muons contaminant le faisceau de test des modules. Cette étude a permis de confirmer l'existence d un problème de conception des électrodes du calorimètre. Le bruit de phase des horloges de synchronisation et d'échantillonnage est aussi étudié, ainsi que son impact sur la reconstruction des signaux d'électronique du calorimètre. Enfin, nous tentons d'exploiter les données du temps de vol des particules fournies par le calorimètre via la reconstruction des signaux par filtrage optimal. En particulier, nous montrons que la position du point d'interaction peut être mesurée avec une précision du même ordre de grandeur que la taille des paquets de protons.

Non

Cette thèse est consacrée à l'étude des désintégrations radiatives des mésons B dans le détecteur ATLAS du LHC. Les désintégrations radiatives sont une famille des désintégrations rares, transitions impliquant des changements de saveurs par courants neutres (processus b-->s\gamma par exemple), interdits à l'ordre le plus bas dans le Modèle Standard. Ces processus interviennent par le biais de diagrammes du second ordre (diagrammes pingouin et boîte), et sont donc particulièrement sensibles aux contributions de nouvelles particules telles que les bosons de Higgs chargés ou les particules supersymétriques. Le but de l'étude est de montrer qu'il sera possible de sélectionner en ligne les désintégrations radiatives dans ATLAS. Pour ce faire, le traitement des photons de basse énergie par le calorimètre électromagnétique d'ATLAS (ECal) est étudié précisément. Le travail présenté ici montre que le ECal sera en mesure de traiter ce type de particules. Cette propriété est largement utilisée dans la partie suivante, au cours de laquelle est développée une stratégie de sélection des désintégrations radiatives. La méthode proposée s'appuie en effet sur la recherche d'une zone de basse énergie dans le ECal dès le niveau 1 du processus de sélection, et sur l'identification précise du photon dès le niveau 2. Une grande partie de la stratégie présentée concerne également le détecteur interne, en particulier au niveau 2 du déclenchement. Les résultats obtenus montrent qu'il sera possible de selectionner à court terme une quantité importante de signal, et ce en respectant les contraintes imposées par le trigger d'ATLAS.

Le Modèle Standard de la physique des particules décrit les particules élémentaires et leurs interactions fondamentales. Malgré tous ses succès expérimentaux, ce modèle ne peut être la théorie ultime du domaine. La supersymétrie offre une possibilité attirante pour élargir le Modèle Standard. La théorie de la supersymétrie prédit l'existence de nouvelles particules dites supersymétriques qui n'ont pas encore été découvertes. Le sujet de cette thèse est la recherche de certaines d'entre elles, appellées les squarks et gluinos, dans le détecteur D0 au collisionneur TeVatron. La désintégration en cascade de ces particules peut conduire à deux muons dans l'état final. Elle est également caractérisée par la présence d'au moins deux jets de hadrons et de l'énergie transverse manquante. C'est la signature retenue dans cette thèse. L'analyse a été effectuée sur un premier lot de données prises au Run II. J'ai étudié les propriétés des événements de différentes topologies et les ai comparées entre les données réelles et simulées, en particulier pour une paire de muons venant du boson Z, une source de bruit de fond majeure. Une autre source, la contribution dite QCD, est estimée directement à partir des données réelles. Pour maximiser la séparation entre signal physique et bruit de fond, j'ai utilisé des variables discriminantes comme la masse invariante de la paire de muons, l'énergie transverse manquante et la somme scalaire de l'énergie transverse des jets dans l'événement. Les coupures sur ces variables sont optimisées en minimisant la limite attendue sur la section efficace du signal. Avec 170 pb-1 de luminosité accumulée par l'expérience D0, aucune indication de production de squarks ou de glumes n'a été détectée. Une nouvelle limite inférieure sur La masse de ces objets est ainsi obtenue. Une étude préliminaire sur le taux de jets mal identifiés comme électrons a été également faite. Cette étude peut être considérée comme la préparation à la recherche de squarks et gluinos dans les canaux dileptoniques avec au moins un électron présent, qui permettrait d'étendre la sensibilité de l'analyse.

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