The null result of December 2004 Sub-threshold photoproduction of J/$psi$ experiment has motivated this thesis. This monte-carlo predicts the cross-section for sub-threshold photoproduction process and provides an insight on the cross-section range of these processess. The experiment was also conducted as a calibration run for Omega and Eta mesons for the verification of correctness of experimental procedure. The results from this experiment are compared with the monte-carlo simulation for the number of omega meson events. This is primarily done as the models for photoproduction of omega meson are well tested. The monte-carlo provides satisfactory results for the photoproduction models and with a crude a spectrometer model predicts the number of events which are off by a factor less than two. A refined model from Jefferson lab will eliminate this discrepancy.

La masse du quark top est un paramètre fondamental du Modèle Standard de la physique des particules. L'un des défis du programme de physique du LHC, où le quark top est produit en abondance, est la détermination précise de ce paramètre. Actuellement, il est mesuré via la reconstruction directe de tous les produits de désintégration du quark top. L'incertitude systématique sur la calibration en énergie des jets et sur l'étiquetage de quarks b limite grandement la précision de cette mesure et il est donc indispensable de développer des mesures alternatives. Une possibilité très prometteuse – jusque-là jamais exploitée – est l'étude de désintégrations de paires de quarks top, où l'un des deux quarks se désintègre dans le canal leptonique avec un J/psi créé lors de la fragmentation du quark b. La masse du quark top est extraite à travers sa corrélation à la masse invariante de la combinaison du J/psi et du lepton chargé. Cette méthode présente l'avantage de n'utiliser que des leptons chargés, dont l'énergie-impulsion est mesurée avec une grande précision dans le détecteur CMS / The top quark mass is a fundamental parameter of the Standard Model of Particle Physics. One of the challenges in the LHC physics case, where the top quark is produced in abundance, is the precise determination of this parameter. Currently, it is measured through the direct reconstruction of all the top quark decay products. The systematic uncertainty on the jet energy calibration and b tagging sensibly limits the precision on this measurement and it is thus vital to develop alternative measurements. A very promising possibility – never exploited until now – is the study of top pair decays, where one of the two quarks decays in the leptonic channel with a J/psi created in the b quark fragmentation. The top quark mass is extracted through its correlation to the invariant mass of the J/psi-charged lepton combination. This method presents the advantages of using charged leptons only, whose energy momentum is measured with great accuracy in the CMS detector

La production hadronique des Quarkonia est un puzzle de longue date, qui teste la capacité des physiciens des particules à décrire les interactions de couleur. Même si la structure de la chromodynamique quantique (QCD) est bien définie et inspirée par l’électrodynamique quantique (QED), les différences par rapport à cette dernière rendent très difficile la description théorique des propriétés des hadrons.Un grand nombre de modèles et de théories effectives des champs ont été proposés pour décrire la production de quarkonia lourds, mais aucune n'a réussi à prédire, de façon fiable, différentes observables. En particulier, la QCD non relativiste (NRQCD) est arrivée à décrire les sections efficaces des quarkonia au Tevatron, mais a failli pour la prédiction du degré de polarisation du J/psi. Par contre, le modèle singulet de couleur (CSM: Color Singlet Model) présentait des résultats légèrement meilleurs du coté de la polarisation mais avait des problèmes avec la normalisation et la forme des sections efficaces différentielles.Le démarrage du LHC au CERN est une excellente opportunité expérimentale pour résoudre ces problèmes. En effet le saut en énergie, par rapport au Tevatron, permet d'avoir des sections efficaces de quarks lourds bien plus élevées que dans le passé, de plus les performances excellentes des expériences LHC nous permettent de procéder à des analyses difficiles.ALICE est l’expérience du LHC dédiée à l’étude de la matière dense et chaude produite dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes : le plasma de quarks et de gluons (PQG). Pendant les deux premières années de prises de données, elle a montré des performances excellentes pour la détection des J/psi, aussi bien en collisions PbPb qu’en collisions pp.Dans cette thèse est présenté la mesure de la polarisation de J/psi inclusif, produits dans les collisions pp à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. L’analyse a été effectuée sur presque 80% de la statistique recueillie par le spectromètre à muons d’ALICE en 2010. Elle a été basée sur l’extraction de la distribution angulaire des muons provenant de la désintégration du J/psi.Les résultats obtenus par cette étude représentent la première mesure de la polarisation des quarkonia au LHC et offrent la possibilité de tester les modèles théoriques dans un régime d’énergie plus de trois fois supérieur à celui du Tevatron.Une première comparaison avec les derniers calculs théoriques est également présentée dans cette thèse. / Quarkonium hadroproduction is a long standing puzzle which tests the ability of particle physicists to describe colour interactions. Even if the structure of quantum chromodynamics (QCD) is well established and inspired to quantum electrodynamics (QED), its differences with respect to the latter make the theoretical description of hadron properties very difficult.Many models and effective field theories have been proposed in order to describe heavy quarkonia production, but none of them have been able to predict different observables in a reliable way. In particular, nonrelativistic QCD (NRQCD) succeeded in describing quarkonia cross sections at the Tevatron, but failed in predicting the degree of polarization of the J/psi. On the other hand, the color-singlet model (CSM) had slightly better results from the polarization side, but had problems with the magnitude and differential shapes of the cross sections.The startup of the LHC at CERN provides a very important experimental opportunity in solving these problems. Indeed, the big jump in energy with respect to Tevatron leads to much higher heavy-quarks cross sections than in the past and, moreover, the very good performances of the LHC experiments allow to perform delicate analysis.ALICE is the LHC experiment dedicated to the study of the dense and hot matter produce in ultrarelativistic heavy ions collisions: the quark gluon plasma (QGP). During the first two years of data taking it showed very good performance in the detection of J/psi, both in PbPb and pp collisions.In this thesis, the polarization measurement of J/psi inclusively produced in pp collisions at a center of mass energy of 7 TeV is presented. The analysis was performed on almost 80% of the statistics collected by the ALICE forward muon spectrometer during 2010. It was based on the extraction of the angular distribution of the muons coming from the J/psi decay. The results obtained with this study represent the first measurement of quarkonia polarization at the LHC and they offer the possibility to test the theoretical models in a more than three times higher energy regime with respect to Tevatron. A first comparison with recent theoretical calculations is also presented in this document.

La Chromodynamique Quantique prédit que la matière chaude et dense produite en collisions d'ions lourds ultra-relativistes, le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP), se conduit comme un état déconfiné de quarks et gluons.ALICE est la seule expérience au LHC qui a été conçue et construite pour caractériser la physique du QGP. Le spectromètre à muons, un des détecteurs d'ALICE, est utilisé pour mesurer la production de quarkonia à rapidité en avant.Dans la thèse suivante, l'efficacité des chambres de trajectographie du spectromètre à muons est étudiée durant une année de pris des données. Les résultats obtenus des données réelles sont comparés avec des simulations pour calculer les incertitudes systématiques par rapport aux chambres de trajectographie.Une analyse complète de la production inclusive de J/psi --> mu^+ mu^- dans les collisions Pb-Pb 2011 est également presentée. L' étude inclut l'extraction du signal, normalisation et corrections d'acceptance et d'efficacité. Une partie importante est consacrée à quantifier les incertitudes systématiques liées aux différentes sources. Les résultats, R_{AA} et <p_{T}> , sont comparés avec des expériences précédentes et des modèles théoriques. / Quantum Chromodynamics predicts that the hot and dense matter produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions, the Quark Gluon Plasma (QGP), behaves as a deconfined state of quarks and gluons. Since 1980's it was predicted that quarkonia are suppressed due to screening effects in the QGP, making quarkonia a good tool to probe the plasma.ALICE is the only experiment at the LHC that was designed and built to characterize the physics of the QGP. The muon spectrometer, one of the detectors in ALICE, is used to measure the quarkonia production at forward rapidity. In this thesis the efficiency of the tracking chambers of the muon spectrometer is studied along one year of data taking. The results obtained from real data are compared to simulations in order to compute the systematic uncertainties associated to the tracking apparatus.A complete analysis of the inclusive J/psi --> mu^+ mu^- production in the 2011 Pb-Pb collisions is also presented. The study includes the signal extraction, normalization and acceptance times efficiency corrections. An important part is dedicated to the quantify the systematic uncertainties arising from different sources. The resulting R_{AA} and <p_{T}> are compared to previous experiments and also to theoretical models.

La mesure de la phase phis violant la symétrie CP dans les désintégrations B_s -> J/psi phi est une des analyses phares de l'expérience LHCb. Le Modèle Standard prédit cette observable avec une faible incertitude théorique. La présence de Nouvelle Physique notamment dans les diagrammes en boucle de l'oscillation B_s - B_sbar peut significativement modifier la mesure de cette phase. Durant cette thèse, nous avons participé à différents aspects de l'analyse des désintégrations B_s -> J/psi phi. Nous avons proposé une sélection multi-variable, basée sur un algorithme d'arbres de décision boostés. Cette nouvelle sélection augmente le nombre de signal B_s -> J/psi phi de 19% mais nécessite une correction temporelle. Une étude portant sur l'origine des distorsions angulaires caractéristiques des désintégrations B_s -> J/psi phi a aussi été menée. Il s'avère que la principale source de distorsion est la géométrie du détecteur LHCb. Nous avons aussi contribué à un autre élément clef de cette analyse : l'étiquetage de la saveur. Afin de connaître la saveur initiale des mésons B, un algorithme d'étiquetage a été développé. Il exploite les traces chargées provenant du hadron B de côté opposé. Nous avons participé à son optimisation ainsi qu'à son étalonnage en étudiant les désintégrations B_d -> J/psi K*. En utilisant l'intégralité des données enregistrées en 2011, soit 1 fb^{-1}, après optimisation et calibration de cet algorithme, la puissance d'étiquetage dans le canal B_s -> J/psi phi est : (2.29 +- 0.07 +- 0.26) %. La valeur de phis mesurée est alors : phis = -0.001 +- 0.101 +- 0.027 rad dans les désintégrations B_s -> J/psi phi. / The measurement of the CP violating phis phase in the B_s -> J/psi phi decays is one of the main goals of the LHCb experiment. The predicted value of this observable by the Standard Model has a small theoretical uncertainty. New Physics could significantly modify this measurement, with the presence of new particles in the B_s-B_sbar oscillation's box diagrams. During this thesis, we participate to many aspects of B_s -> J/psi phi analysis. We proposed a multivariate selection, based on a boosted decision trees algorithm. This new selection adds 19% signal B_s -> J/psi phi but it needs a time correction. We studied the main sources of angular distorsions of B_s -> J/psi phi decays. We found that the detector's geometry has the most important impact on the angular distributions. We participated to another key element of the phis analysis : the flavour tagging. In order to determine the initial B flavour, a tagging algorithm has been developped. It exploits charged tracks originating from the b-hadron opposite to the signal B-meson. We participated to its optimization and calibration, by studing the B_d -> J/psi K* channel. With 1 fb^{-1} corresponding to the whole 2011 data, after the optimization and calibration of this algorithm, the tagging power is measured in the B_s -> J/psi phi channel : (2.29 +- 0.07 +- 0.26) %. The phis measurement in the B_s -> J/psi phi channel is : phis = -0.001 +- 0.101 +- 0.027 rad. The combined analysis of B_s -> J/psi phi and B_s -> J/psi pi^+ pi^- decays gives the most precise measurement of phis = -0.002 +- 0.083 +- 0.027 rad. This measurement is compatible with the Standard Model, but there is still room for New Physics.

La densité epsilon0 de la matière nucléaire ordinaire est de l'ordre de 0,17 GeV/fm^3 . Lorsqu’ elle atteint une densité comprise entre 5 à 10 epsilon0 ou une température comprise entre 150 à 200 MeV, une transition de phase, prédite par la ChromoDynamique Quantique sur réseau, vers un nouvel état de la matière se produit. Cet état dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés et peuvent se mouvoir librement est appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au Large Hadron Collider (LHC) permettront de recréer les conditions de formation d’un tel état. L’étude du PQG au LHC se fera essentiellement avec l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) dont le spectromètre à muons est conçu pour observer dans le canal muonique, sur un domaine de pseudo-rapidité -4 < eta < -2.5, la suppression des résonances lourdes (J/psi,Upsilon) par écrantage de couleur à travers leurs décroissance en muons.La première partie de ce travail porte sur les corrections d’acceptance et d’efficacité qui sont indispensables pour les analyses de physique. Cette étude a montré que le processus de correction est indépendant des distributions choisies.La seconde partie de cette thèse porte sur l’analyse du J/psi dans les collisions proton+proton à sqrt(s) = 7 TeV. / The ordinary nuclear matte density epsilon0 is around de 0,17 GeV/fm^3 . For a critical value between 5 and 10 epsilon0 or a temperature around 150 to 200 MeV, the lattice Quantum ChromoDynamics (lQCD) predicts a phase transition from the classical matter to a new state of matter called the Quark Gluon Plasma (QGP). In this state, quarks and gluons behave like free particles. Heavy ions collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are used to recreate the condition needed for a QGP formation. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is one of the LHC experiment dedicated to the study the QGP. One of the possible signature is the suppression of the quarkonia (J/psi, Upsilon) by color screening. The ALICE muon spectrometer allows to measure the quarkonia, in a pseudo-rapidity domain -4 < eta < -2.5, using their decay into muons.The first part of the report presents the acceptance and efficiency corrections. These corrections are crucial for the analysis. This study has shown that the correction process is independent from the selected distribution used for the correction.The second part describes the analysis of the J/psi in proton+proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV.

Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes sont considérées comme un outil unique pour produire, enlaboratoire, un milieu chaud et dense interagissant fortement, le Plasma de Quarks etde Gluons (PQG). Cette thèse est dédiée à l’étude de deux sondes, les J/ψ et les bosons Z, qui peuvent aider àatteindre une meilleure compréhension des propriétés du PQG.Dans les collisions d’ions lourds, il existe une observable importante pour étudier la formation du PQG, c’est lamesure de la production des J/ψ. L’importance des différents effets qui peuvent augmenter ou supprimer cetteproduction varie avec l’énergie de la collision. Dans cette thèse, la production des J/ψ est mesurée avec lescollisions Pb-Pb à √sNN =5.02 TeV, en utilisant principalement le spectromètre à muons du détecteur ALICE. Lefacteur de modification nucléaire des J/ψ est présenté en fonction de la centralité des collisions, la rapidité etl’impulsion transversale (pT). En outre, les résultats sur le pT moyen du J/ψ sont présentés. La comparaison entreles résultats expérimentaux et divers calculs théoriques suggère que la production du J/ψ est affectée dans le milieupar deux processus concurrents : le dissociation et le régénération.Dans les collisions d’ions lourds, l'état initial de la collision peut aussi affecter les résultats, en l'absence deformation du PQG. La compréhension et la quantification des tels effets est crucial pour les séparer de ceuxprovoqués par la présence du PQG. Un de ces effets est la modification nucléaire des fonctions de distribution despartons (PDFs). La mesure de production du boson Z dans les collisions d’ions lourds est un outil puissant pourétudier la modification nucléaire des PDFs car il n’est pas affectés par la présence d'une matière en forteinteraction. La seconde partie de cette thèse est dévolue à la mesure de la production des bosons Z, pour lapremière fois dans ALICE, avec les collisions p-Pb et Pb-Pb à √sNN =5.02 TeV. Dans les collisions Pb-Pb où laprécision de la mesure est plus élevée, l'accord entre les données et des calculs théoriques est meilleur lorsque cesderniers prennent en compte la modification nucléaire des PDFs. / Ultra relativistic heavy-ion collisions are considered as a unique tool to produce, in the laboratory, thehot and dense strongly-interacting medium, the Quark-Gluon Plasma (QGP). This thesis is dedicated to the studyof two powerful probes, the J/ψ and Z-boson, that can help reaching a better understanding of the properties of theQGP.An important observable to study the QGP formation in heavy-ion collisions is the measurement of the J/ψproduction. The sizes of the different effects that can enhance or suppress this production vary with the collisionenergy. In this thesis, the J/ψ production is measured in Pb-Pb collisions at √sNN = 5.02 TeV using mainly themuon spectrometer of the ALICE detector. The J/ψ nuclear modification factor is presented as a function ofcollision centrality, rapidity and transverse momentum (pT). In addition, results on the J/ψ average pT and squaredaverage pT are also obtained. The comparison between the results and various theoretical calculations suggests thatthe J/ψ production is affected in the medium by an interplay between dissociation and regeneration mechanisms.In heavy-ion collisions, the initial state of the collision can affect the results even in the absence of the QGP.Understanding and quantifying such effects is crucial in order to separate them from the ones caused by thepresence of the QGP. One of these effects is the nuclear modification of the parton distribution functions (PDFs).The measurement of Z-boson production in heavy-ion collisions is a powerful tool to study the nuclearmodification of PDFs since it is not affected by the presence of the strongly-interacting medium. The second partof this thesis is devoted to measure the Z-boson production, for the first time with ALICE, in p-Pb and Pb-Pbcollisions at √sNN = 5.02 TeV. In Pb-Pb collisions where the precision of the measurement is higher, the agreementbetween data and theoretical calculations is better when the latter take into account the nuclear modification of thePDFs.

Le méson J/psi est considéré comme une sonde privilégiée de la formation du Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) lors des collisions d'ions lourds. L'écrantage de la force de couleur a été proposé comme mécanisme de suppression anormale du J/psi dans un milieu déconfiné, au-delà de la suppression normale dans la matière nucléaire ordinaire. Le détecteur PHENIX est, des quatre expériences qui furent installées au démarrage de l'accélérateur RHIC, celle qui a une conception optimale pour la mesure du J/psi : dans les canaux de décroissance en dimuon à rapidité vers l'avant, et en dielectron à mi-rapidié. Le travail présenté ici couvre l'analyse de données prises par les spectromètres à mi-rapidité de PHENIX en collisions Au+Au à 200~GeV. Le facteur de modification nucléaire est mesuré en fonction de la centralité, et ensuite comparé à des estimations de la suppression due à la matière nucléaire froide. Malgré le fait que la suppression observée dans les collisions les plus centrales atteint un facteur plus grand que trois, une majeure partie peut être attribuée aux effets nucléaires froids. D'autre part, la comparaison avec les résultats des mesures effectuées au SPS du CERN et vers l'avant dans PHENIX a conduit à la spéculation que la régénération, un mécanisme de production des J/psi par association de quarks c et c-bar non corrélés, pourrait jouer un rôle important dans les collisions d'ion lourds les plus centraux. Le flot elliptique du J/psi en fonction de pT, une autre mesure présentée dans ce travail, est un outil potentiel pour tester le scénario de la régénération. Malgré l'obstacle statistique, la mesure est une démonstration de la faisabilité d'une mesure du flot elliptique dans un environnement à haute multiplicité.

Nous avons étudié la production des états liés charmés dans les collisons ultrarelativistes d'ions lourds. Nous proposons tout d'abord un modèle de la production des mésons J/psi , à deux composantes, qui inclut : (i) une production primordiale des J/psi dans les collisions dures couplée à l'absorption des J/psi dans la matière nucléaire, le plasma de quarks et de gluons et la matière hadronique, et (ii) une production statistique des J/psi résultant de la coalescence de quarks c et cbar lorsque le système hadronise. Les deux sources de J/psi sont évaluées dans un scénario d'équilibre thermique et notre modèle permet de rendre compte de façon satisfaisante des données expérimentales obtenues au CERN-SPS et à RHIC. Nous étudions ensuite les conséquences des effets de milieux sur la production des hadrons charmés, en nous basant sur de récents résultats de la chromodynamique quantique sur réseau. Nous envisageons la régénération des J/psi dans le plasma de quarks et de gluons et montrons que les effets de milieux dans la matière hadronique permettent d'expliquer la dépendance en centralité du rapport psi'/psi.

A measurement of J/\Psi polarization has been performed for 200 GeV proton+proton collisions with the PHENIX Muon Arms at RHIC. The results from the current data show no polarization within the PHENIX acceptance range. The results are consistent with the current model predictions and other experimental measurements.