In the Jefferson Lab E12-16-007 (J/psi-007) experiment we measured the differential J/psi photo-production cross section as a function of photon energy, E_gamma and Mandelstam variable t - the momentum transfer from the initial photon to the produced J/psi - in the energy region where all the charm pentaquark states were discovered by the LHCb (Large Hadron Collider beauty) collaboration. The J/psi-007 experiment was conducted in the experimental Hall C of the Thomas Jefferson National Accelerator Facility using a high-intensity real photon beam generated by a 10.6 GeV incident electron beam traversing a copper radiator upstream of a liquid hydrogen target. Two arm spectrometers of Hall C, HMS (High Momentum Spectrometer), and SHMS (Super High Momentum Spectrometer) were used to detect the e+ e- di-lepton J/psi decay pairs in coincidence. The spectrometers' four momentum and angle settings scanned a photon beam energy range between 9.1 and 10.6 GeV and |t| up to 5 GeV^2. An enhanced sensitivity to the s-channel resonant J/psi photo-production was achieved by optimizing the spectrometer settings at a higher t region where the non-resonant standard t-channel J/psi production cross section is strongly suppressed. No evidence for pentaquarks was observed and, the cross section upper limits for each LHCb pentaquark candidate were determined and are presented in this document. / Physics

La mesure de la phase phis violant la symétrie CP dans les désintégrations Bs -> 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 Bs - anti Bs peut significativement modifier la mesure de cette phase. Durant cette thèse, nous avons participé à différents aspects de l'analyse des désintégrations Bs -> J/psi phi. Nous avons proposé une sélection multi-variables, basée sur un algorithme d'arbres de décision boostés. Cette nouvelle sélection augmente le nombre de signal Bs -> J/psi phi de 19% mais nécessite une correction temporelle. Une étude portant sur l'origine des distorsions angulaires caractéristiques des désintégrations Bs -> 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 Bd -> 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 Bs -> 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 Bs -> J/psi phi. L'analyse combinée de Bs -> J/psi phi avec les désintégrations Bs -> J/psi \pi+ \pi- donne la meilleure mesure mondiale de \phis = -0.002 +- 0.083 +- 0.027 rad. Cette mesure est compatible avec le Modèle Standard, mais ses incertitudes laissent possible la présence de Nouvelle Physique.

In dieser Arbeit wird die Erzeugung der Charmonium-Zustände J/psi und psi(2S) in Proton-Kern-Reaktionen bei Schwerpunktsenergien von 42 GeV untersucht. Die Daten wurden mit dem HERA-B-Experiment aufgenommen, das in HERA den Protonstrahl nutzt, um Protonen an den Kernen verschiedener Drahttargets zu streuen. Mehr als 150 000 J/psi und 2400 psi(2S)-Zerfälle in Myon-Paare wurden beobachtet. Die HERA-B-Daten decken den kinematischen Bereich in Feynman-x (x_F) zwischen -0.36 und 0.10 und im Transversalimpuls (p_T) bis 4.5 GeV/c ab. Die x_F - und p_T-Verteilungen für die Produktion von J/psi und psi(2S) wurden für Kohlenstoff- und Wolfram-Targets gemessen. Die x_F-Verteilung stimmt gut mit nicht-relativistischen QCD-Rechnungen überein. Bei der p_T-Verteilung findet man einen klaren Anstieg des mittleren p_T für schwerere Kerne: Kohlenstoff = 1.244 +- 0.003 +- 0.034 GeV/c und Wolfram = 1.336 +- 0.004 +- 0.041 GeV/c. Der Vergleich der Erzeugungsraten von psi(2S) und J/psi ergibt: (B''_{muon muon} sigma(psi(2S)) ) / (B_{muon muon} sigma(J/psi)) = 165 +- 9 +- 4 ( x 0.0001) für Kohlenstoff und 154 +- 16 +- 8 ( x 0.0001) für Wolfram. Diese Verältnisse wurden auch für die x_F - und p_T-Verteilungen bestimmt. / In this thesis the production of the charmonium states J/psi and psi(2S) in proton-nucleus collisions at a center-of-mass energy of 42 GeV is studied. The data have been taken by the HERA-B experiment which uses the HERA proton beam to scatter protons off the nuclei of different wire targets. Over 150 x 10^3 J/psi and 2400 psi(2S) decaying to muon pairs are observed. The HERA-B data cover the kinematical range in Feynman x (x_F) between -0.36 and 0.10 and in transverse momentum (p_T) up to 4.5 GeV/c. The x_F and p_T differential distributions for the production of J/psi and psi(2S) mesons are measured for carbon and tungsten target materials. The J/psi x_F distribution agrees well with non-relativistic QCD calculations. From the p_T distributions we find a clear increase of the average p_T for heavier nuclei: Carbon = 1.244 +- 0.003 +- 0.034 GeV/c and Tungsten = 1.336 +- 0.004 +- 0.041 GeV/c. We compared the production rates of psi(2S) to J/psi mesons: (B''_{muon muon} sigma(psi(2S)) ) / (B_{muon muon} sigma(J/psi)) = 165 +- 9 +- 4 ( x 0.0001) for carbon and 154 +- 16 +- 8 ( x 0.0001) for tungsten. These ratios have also been determined for the x_F and p_T distributions.

La théorie prévoit, qu'aux premiers instants de l'univers, la matière a pu existersous la forme d'un plasma de quarks et de gluons (QGP). Les collisions d'ions lourds à des énergies ultra-relativistes sont utilisées pour recréer cet état déconfiné de la matière. L'expérience NA50 au CERN a mis en évidence, entre autres, l'existence d'une suppression anormale du J/psi dans sa désintégration dimuon pour les collisions les plus centrales du système Pb-Pb. La collaboration NA60 a permis, avec une précision accrue, d'améliorer et de compléter les résultats de NA50. Pour cela, le groupe NA60 a ajouté un spectromètre à ≪ pixels ≫ en amont de l'absorbeur de l'expérience NA50. L'un des résultats les plus remarquables de cette expérience a été de montrer que l'excès de dimuons observé aux masses intermédiaires était dû à des dimuons directs, ce qui pourrait être la première mise en évidence de dimuons thermiques. Le travail de ce manuscrit s'inscrit sur l'expérience NA60 pour les collisions In-In à 158 Gev/c par nucléon et porte sur la production de la résonance J/psi en fonction de la centralité. Après corrections des effets d'acceptance et d'efficacité, la centralité est déduite de la multiplicité des traces en utilisant le code de simulation VENUS. La production du J/psi est normalisée aux événements de biais minimum qui sontinsensibles à la production d'un QGP. Les résultats indiquent que la production du J/psi dans les collisions In-In est compatible avec l'absorption nucléaire de section efficace σ= 4.18 ± 0.35mb et qu'il n'y a donc pas de suppression anormale et ceci quelque soit la centralité de la collision. Cette étude n'a porté que sur une partie des données In-In, la statistique complète doit permettre d'affiner et de confirmer ce résultat.

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.

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LHCB est une expérience dédiée à l'étude de la violation CP dans le domaine des mésons B et de leur désintégration rares. Lors du démarrage du LHC, une des premières actions sera de vérifier que l'appareillage a les performances attendues. Cette thèse se place dan sle contexte des premières mesures de l'expérience LHCb pour deux sujets traités : la reconstruction des photons par le calorimètre électromagnétique dans différentes configurations expérimentales et la calibration du calorimètre électromagnétique. Dans ce but une identification des photons `partir de l'ensemble des informations du SPD, PS, ECAL et HCAL est dévellopée basée sur un méthode discriminante de Fisher. Ces photons reconstruits sont utilisés dans la reconstruction des Pi0 dont les spectres mesureront dès le début des prises de données le niveau de calibration du calorimètre. Pour calibrer chaque cellule du calorimètre électromagnétique la contrainte sur la masse des Pi0 reconstruits est utilisée. Une calibration à 1% est possible pour une dé-calibration allant jusqu'à 30% en une dizaine d'heures de prise de données à la luminosité nominale. Deux canaux de physique, ou la calibration du calorimètre et la reconstruction des mésons neutres se désintégrant en paire de photons sont les points clefs sont étudiés. Le canal Bd->J/PsiPi0 mesure de l'angle Beta du triangle CKM, les graphes qui y contribuent peuvent être sensible à de la physique au delà du Modèle Standard. Le canal Bs->J/PSiEta mesure l'angle Chi, domaine spécifique de LHCb. La sensibilité pour a mesure des ces deux angles est estimée.

Les prédictions théoriques d'un nouvel état de la matière, le plasma de quarks et de gluons, ont conduit le CERN à mener une vaste campagne de recherche expérimentale pour sa mise en évidence. Des collisions d'ions lourds peuvent conduire à cette transition de phase. Parmi les signatures proposées, l'expérience NA50 étudie la production du J/psi relativement au DRELL-YAN. Le J/psi est une résonance ccbar qui subit l'interaction forte et les modifications des propriétés du milieu nucléaire. Le DRELL-YAN, processus purement électromagnétique, joue le rôle de référence. L'expérience NA38 a mesurée en évidence une suppression normale de la production du J/psi en fonction de la longueur moyenne de matière traversée. Dans son prolongement, l'expérience NA50 a mis en évidence en 1995, 1996 et 1998 une suppression "anormale" du J/psi dans les collisions Pb-Pb à 158 GeV/nucléon. Cette analyse est effectuée en fonction de la centralité de la collision mesurée par le calorimètre électromagnétique. Les informations de ce détecteur permettent de calculer l'énergie transverse neutre reliée à la longueur moyenne de matière traversée.<br> En 2000, des conditions de prises de données optimales en collisions Pb-Pb ont permis d'analyser les données pour des collisions très périphériques. Les sources d'erreurs systématiques ont été étudiées, ce qui a permis d'obtenir une bonne cohérence entre les différentes analyses du système Pb-Pb. Les collisions périphériques sont compatibles avec la loi d'absorption normale.<br> En conclusion, nous avons mis en évidence une suppression de ~31% dans la production de J/psi relativement à l'absorption normale. Ce changement de régime a lieu à ~30 GeV en énergie transverse (E_T) et est dû à une modification des propriétés nucléaires du milieu réactionnel. Plusieurs scénarios possibles sont envisagés pour expliquer ce phénomène.

Le plasma de quarks et de gluons est un état de la matière apparaissant à haute température. En laboratoire, il est possible d'atteindre les conditions nécessaires à sa formation grâce aux collisions d'ions lourds aux énergies ultra-relativistes. L'expérience ALICE au LHC est dédiée à l'étude du plasma de quarks et de gluons grâce aux collisions Pb-Pb à 2,76 TeV. Les premiers résultats d'ALICE, presentés en annexe, ont été obtenus grâce aux rayons cosmiques. Une étude de l'évolution de l'efficacité de reconstruction du spectromètre à muons durant ses deux premières années de fonctionnement sera présentée par la suite. L'efficacité totale de reconstruction des chambres de trajectographie ainsi obtenue est de plus de 90% pour les données correspondant à des collisions proton-proton, et de 85% pour les données recueillies avec des collisions plomb-plomb. Une méthode de sélection des traces reposant sur la distribution du produit impulsion - distance d'approche minimale sera également présentée. Cette sélection permet de rejeter les traces de muons produits par des collisions entre les particules du faisceau et le gaz résiduel dans le tube faisceau, et les fausses traces dans les collisions Pb-Pb les plus centrales. Enfin, cette thèse présentera une première analyse sur le taux de production des muons simples et des J/psi en fonction de la multiplicité en particules chargées lors des collisions proton-proton.

Recherche de nouvelle physique dans le canal B0s --> J/psi phi auprès de l'expérience LHCb: Dans le Modèle Standard, la différence de phase apparaissant dans la désintégration B0s --> J/psi phi est prèdite avec une grande précision. Cette observable est une sonde pour mettre en évidence de la Nouvelle Physique car l'oscillation B0s -B0sbar s'effectue via un diagramme en boucles sensible à la nouvelles particules. Nous avons développé une sélection simplifiée pour les données de 2010. Elle évite tous biais sur la distribution en temps propre afin de réduire l'incertitude systématique. De plus, nous contrôlons les performances d'étiquetage pour les événements B0s --> J/psi phi en utilisant les canaux similaires B0d--> J/psi K*0 et B+ --> J/psi K+. Avec les données de 2010, nous obtenons 570 événements de signal avec une luminosité intégré de 36 pb−1, une puissance de d'étiquetage de (2, 2 ± 0, 4)% et une résolution temporelle de 50 fs. Nous avons étudié une sélection alternative, qui maximise la sensibilité à la phase phis en utilisant des coupures biasant le temp propre. Nous avons proposé une méthode pour corriger la déformation de temps propre à partir des données. Nous avons développé un programme d'ajustement pour déterminer la phase phis. Avec les données 2010, la valeur touveé est phis = [−2, 7,−0, 5] rad à 68% de confiance. Ce résultat est compatible avec la prédiction du Modèle Standard.