This thesis presents a Monte Carlo study of the search for charged Higgs bosons heavier than the mass of the top quark within the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) at the ATLAS experiment at the CERN Large Hadron Collider. Charged Higgs bosons are predicted in many non-minimal Higgs extensions of the Standard Model. Their discovery would be a clear signal for the existence of New Physics beyond the Standard Model, possibly the first experimental evidence to be found if the MSSM is realized in nature. The feasibility of detecting the heavy charged Higgs boson with a mass up to 600 GeV is studied in the decay channel H->tb for an integrated luminosity of 30 inverse femtobarns at a center-of-mass energy of 10 TeV. A major difficulty for charged Higgs boson reconstruction is the combinatorial background in the complex multi-jet final state environment. It is shown that this can be overcome by applying a kinematic fitting procedure and by a subsequent cut-based event and candidate selection. An iterative solution of the developed kinematic fit with non-linear constraints is presented. In addition, the reconstruction of charged Higgs bosons makes high demands on the ability to identify jets containing b-hadrons. A special b-tagging algorithm is introduced and a comparison with first ATLAS data is presented showing good agreement of the expected performance. This study is performed with a realistic simulation of the ATLAS detector and takes into account all dominant experimental uncertainties and statistical uncertainties arising from limited Monte Carlo statistics. The result is given in terms of discovery and exclusion contours in the (m(H), tan(beta)) parameter space in the mhmax scenario of the MSSM. This study indicates that the heavy charged Higgs boson can be discovered in this decay channel only for large values of tan(beta). It, however, can contribute to a combined H sensitivity including other decay channels. Compared to previous studies the discovery reach could be improved. / Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Monte Carlo Studie zur Suche nach geladenen Higgs Bosonen mit einer Masse größer als die des top Quarks im Kontext des Minimal Supersymmetrischen Standardmodells (MSSM) am ATLAS Experiment am CERN Large Hadron Collider. Geladene Higgs Bosonen werden von vielen Erweiterungen des Standardmodells vorhergesagt. Ihre Entdeckung wäre ein klares Indiz für neue Physik jenseits des Standardmodells, möglicherweise der erste experimentelle Befund für das MSSM. Eine Machbarkeitsstudie zur Entdeckung geladener Higgs Bosonen mit Massen bis zu 600 GeV im Zerfallskanal H->tb für eine integrierte Luminosität von 30 inversen femtobarn und einer Schwerpunktsenergie von 10 TeV wird vorgestellt. Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Rekonstruktion geladener Higgs Bosonen ist der durch den komplexen Endzustand mit vielen Jets auftretende kombinatorische Untergrund. Es wird gezeigt, dass die Rekonstruktion durch Anwendung eines kinematischen Fits mit anschließender schnittbasierter Ereignis- und Kandidatenselektion möglich ist. Eine iterative Lösung des entwickelten kinematischen Fits mit nicht-linearen Zwangsbedingungen wird vorgestellt. Des Weiteren stellt die Rekonstruktion geladener Higgs Bosonen hohe Ansprüche an die Möglichkeit, Jets, welche b-Hadronen beinhalten, zu identifizieren. Ein spezieller b-tagging Algorithmus wird vorgestellt und ein Vergleich mit den ersten ATLAS Daten zeigt eine gute Übereinstimmung mit den erwarteten Eigenschaften. Die Studie wurde mit einer realistischen ATLAS Detektorsimulation durchgeführt und beinhaltet alle dominanten experimentellen Unsicherheiten sowie die statistische Unsicherheiten aufgrund begrenzt vorhandener simulierter Ereignisse. Die erwarteten Entdeckungs- und Ausschlusskonturen im mhmax Szenario des MSSM werden als Funktion der geladenen Higgs Boson Masse und tan(beta) gegeben. Die durchgeführte Studie zeigt, dass geladene Higgs Bosonen in diesem Zerfallskanal nur bei großen Werten von tan(beta) entdeckt werden können. Dennoch kann dieser Zerfallskanal zur H Sensitivität beitragen, wenn andere Zerfallskanäle mit in Betracht gezogen werden. Im Vergleich zu vorherigen Studien konnte die Sensitivität erhöht werden.

De nombreux modèles, au delà du modèle standard, prédisent l’existence de résonances se désintégrant en deux photons. La signature expérimentale très spécifique, associée à l’excellente résolution en masse et à la distribution du bruit de fond bien comprise, en font un canal roi pour la recherche de nouvelle physique.Ce document présente la recherche de nouvelles particules se désintégrant en une paire de photons effectuée auprès du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN avec le détecteur ATLAS. L’ensemble des données de collisions de protons, accumulées en 2015 et 2016, à l’énergie dans le centre de masse de 13 TeV, correspond à 37 fb-1.J’ai développé la méthode et la procédure pour décrire un éventuel signal, en simulant des résonances de masses et largeurs variables. Avec ce modèle j’ai pu calculer l’efficacité de sélection et donner une interprétation statistique des résultats. Cette analyse a permis de montrer que les données collectées sont en accord avec les prédictions du modèle standard. Des limites sur la section efficace de production couplée au rapport d’embranchement en deux photons, en fonction de la masse et de la largeur de la résonance considérée sont présentées.Le calorimètre électromagnétique de ATLAS joue un rôle clé pour cette analysis di-photon. L’excellente résolution en énergie permet de reconstruire électrons et photons avec une précision de l’ordre de 1% aux énergies considérées. J’ai pris part au fonctionnement du calorimètre lors du démarrage du run-2 et décris ici mes contributions.Finalement, un des points clé pour la mesure de la masse du boson de Higgs est la qualité de la calibration de l’énergie des photons. J’ai développé une approche qui permet de prendre en compte l’impact du développement latéral des gerbes électromagnétiques sur la reconstruction de l’énergie. Cette méthode permettra de réduire l’erreur systématique sur la mesure de la masse du boson de Higgs, mesurée par son mode de désintégration en deux photons. / New high-mass states decaying into two photons are predicted in many extensions of the Standard Model (SM). The diphoton final state provides a clean experimental signature with excellent invariant mass resolution and well-known smooth backgrounds.This document presents a search for new particles with diphoton final state at the Large Hadron Collider with the ATLAS detector. The pp collision data used were collected during 2015 and 2016 runs with a center-of-mass energy of 13 TeV. The total corresponding luminosity is ~37 fb-1.In this thesis, I show my contribution to the search of scalar particle. The studies of signal modeling for different mass and width hypothesis will be described in details. The estimation of selection efficiencies and statistical interpretations of results are performed.The data are consistent with the Standard Model background-only hypothesis. Limits on the production cross section times branching ratio to two photons of such resonances as a function of the resonance mass and width are presented.The Liquid Argon electromagnetic calorimeter plays a crucial role in the diphoton analysis. The excellent energy resolution allows to reconstruct objects with high precision. The contribution to operation of LAr calorimeter and its online software will be discussed.The calibration of the electron and photon energy measurements with the electromagnetic calorimeter is performed. The systematic uncertainties related to energy response are one of the largest contribution limiting the precision measurements of the Standard Model Higgs boson mass. The approach to improve the energy response taking into account lateral shower shape development is applied in the calibration procedure.

L’expérience ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), collaboration de plus de 3000 scientifiques dans le monde, mène des recherches auprès du grand collisionneur de hadron (LHC). Celui-ci a produit des collisions de faisceaux de protons à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV en 2011 et 8 TeV en 2012, période appelée Run1 et représentant 20.3 fb−1 de luminosité intégrée, puis en 2015 et 2016 à 13 TeV pour le Run 2 avec 36.1 fb−1. Le détecteur généraliste ATLAS a un riche potentiel de mesures précises du Modèle Standard (SM) et de recherche de phénomènes de nouvel physique. Deux analyses de physiques sont ici présentées. La première consiste à rechercher dans les données Run 1 la production de tri-bosons, W±W±W∓, se désintégrant totalement ou partiellement en leptons et à étudier le couplage de jauge quartique anormal (aQGC). Le nombre d’événements observés est en accord avec les prédictions du SM. La limite supérieure observée à 95% CL sur la section efficace W±W±W∓ SM est de 730 fb avec une limite attendue de 560 fb en l’absence de production W±W±W∓. La deuxième analyse présentée est la recherche du boson de Higgs doublement chargé effectuée sur les données du Run 2. Ce boson est prédit par un modèle qui prolonge le SM pour permettre des neutrinos massif. Ce modèle introduit plusieurs bosons de Higgs dont l'un est le H±±. Le cas où ce dernier se désintègre en bosons W avec un état final à deux leptons de même charge est plus particulièrement étudié. Le bruit de fond total estimé est en accord avec les données et aucun excès significatif n’est observé. Des limites supérieures sont déduites et le modèle considéré est exclus à 95% CL pour MH±± < 220 GeV. / The ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) experiment, a collaboration of more than 3,000 scientists worldwide, is conducting research at the Large Hadron Collider (LHC). It produced proton beam collisions at an energy in the center of mass of 7 TeV in 2011 and 8 TeV in 2012, period called Run1 and representing 20.3 fb-1 of integrated luminosity, then in 2015 and 2016 at 13 TeV for Run 2 with 36.1 fb-1. The ATLAS general purpose detector has a rich potential for accurate Standard Model (SM) measurements and the search for new physics phenomena. Two physics analyzes are presented here. The first is to search the Run 1 data for tri-bosons production, W ± W ± W∓, totally or partially decayed into leptons and to study abnormal quartic gauge coupling (aQGC). The number of observed events is consistent with the SM predictions. The observed upper limit at 95% CL on the W ± W ± W∓ SM cross section is 730 fb with an expected limit of 560 fb in the absence of W ± W ± W∓ production. The second analysis presented is the search for the doubly charged Higgs boson carried out on the Run 2 data. This boson is predicted by a model that extends the SM to allow massive neutrinos. This model introduces several Higgs bosons, one of which is the H ±±. The case where this latter decays in bosons W with a final state with two leptons of the same charge is more particularly studied. The estimated total background is in agreement with the data and no significant excess is observed. Upper limits are deduced and the model considered is excluded at 95% CL for MH ±± <220 GeV.

Ce travail de thèse se situe dans le cadre de l'experience ATLAS au LHC. Une première partie du travail présenté dans ce document porte sur l'étalonnage temporel du calorimètre à argon liquide d'ATLAS (LAr). Le control de l'alignement temporel du calorimètre est important pour la bonne qualité de l'énergie reconstruite dans le calorimètre. Les résultats présentésdans cette thèse ont permis une amélioration de 30% de la résolution temporelle globale du calorimètre LAr.Le Modèle Standard de la physique des particules prédit, lors des collisions de protons, la production de bosons faibles W et Z par paire via l'interaction d'un quark et d'un anti-quark. La production de dibosons peut être sensible aux couplages des bosons vecteurs entre eux. Une déviation anomale de ces couplages par rapport aux valeurs prédites par le MS pourrait signer la présence de nouvelle physique. L'exploitation de toute la statistique des données 2012 d'ATLAS nous a permis d'accroitre la précision de la mesure de ces couplages par rapport aux précédents résultats basés sur des lots de données moindres. Cette thèse présente donc la mesure de la section efficace de production des dibosons WZ utilisant l'ensemble de données collectées par ATLAS en 2012 lors de collisions p-p au LHC à une énergie de 8 TeV au centre de masse. Avecla statistique disponible, le rapport des sections efficaces de production des événements W^+Z et W^-Z a pu être aussi mesuré. Cette dernière mesure n'avait pu être effectuée jusqu'alors en utilisant les données 2011 en raison du manque de statistique. Enfin, des mesures de section efficaces différentielles normalisées en fonction de quatre variables cinématiques ont aussi étéeffectuées. La précision sur la section efficace integrée mesurée est de 5.5%, ce qui est atteint en réduisant l'incertitude statistique par 55% par rapport aux précédents résultats d'ATLAS. Ainsi, les incertitudes expérimentales des mesures ont commencé à se rapprocher des incertitudes des prédictions théoriques. Ceci est prometteur pour les futures mesures au LHC avec beaucoup plus de statistique où l'on s'attend alors à une augmentation significative de la précision expérimentale. / This thesis is performed in the frame of the ATLAS experiment at the LHC.A first part of the work presented in this document consists on the time calibration of the ATLAS Liquid Argon (LAr) calorimeter. The control of the time alignment of the calorimeter is important for the goodness of the quality of the energy reconstructed in the calorimeter. The results presented in this thesis have allowed an improvement of 30% of the global time resolution of the LAr calorimeter.The Standard model of particle physics predicts, during proton collisions, the production of the W and Z weak bosons as a pair due to the interaction of a quark with an anti-quark. The diboson production can be sensitive to the couplings between vector bosons.An anomalous deviation of these couplings from the prediction of the SM would point to the presence of new physics.The use of the full statistics of the 2012 ATLAS data allowed us to increase the precision of the measurement of these couplings compared to previous results based on smaller datasets.This thesis presents therefore the measurement of the WZ dibosons production cross section using the full 2012 data collected by the ATLAS experiment from the p-p collisions at the LHC at a center-of-mass energy of 8~TeV. Also, with the available statistics the ratio of the production cross sections of W^+Z and W^-Z events were measured. This measurement was not performed previously using the 2011 data due to a lack of statistics. Finally, measurements of the normalized differential cross section as a function of four kinematic variables were also performed.The precision on the measured integrated cross section is 5.5% which is reached mainly by the reduction of the statistical uncertainty by 55% with respect to the previous ATLAS results. Therefore, the order of magnitude of the experimental uncertainties on the measurement started to approach that of the theoretical predictions. This is promising for future measurements at the LHC as with higher statistics the experimental precision is expected to overcome the theoretical one.

La présente thèse constitue le compte rendu de l'analyse menée auprès du détecteur ATLAS du LHC et concernant la recherche de processus de création résonante de nouvelles particules se désintégrant en une paire de quarks top. Elle s'articule principalement autour de la notion de jet de hadrons, dont l'identification et la reconstruction est un enjeu capital pour toute mesure essayant de signer l'apparition de quarks top lors de processus de collisions proton-proton. Après une mise en contexte portant sur une description générale des caractéristiques théoriques et expérimentales que présente la thématique de la détection de jets de hadrons dans le détecteur ATLAS, nous présentons une première tentative de validation de la méthode d'étalonnage hadronique local, dont le but est de corriger ces jets des imprécisions de mesure engendrées par le détecteur. Dans la deuxième partie du document figure l'analyse menée sur les 14~fb$^{-1}$ de données de collisions proton-proton à $sqrt{s} = 8$~TeV, récoltées lors de l'année 2012, à la recherche de l'apparition de processus de création résonante de nouvelle particules extit{lourdes} dans le spectre de masse invariante top-antitop. Pour des particules lourdes, les quarks tops produits lors de la désintégration de ces dernières possèdent une impulsion très grande par rapport à leur masse et la désintégration de tels quarks top conduit souvent à une topologie dans l'état final dite og boostée fg, où le quark top, s'il se désintègre de manière hadronique, est très souvent reconstruit comme un seul jet, de large paramètre de rayon. Le présent travail de thèse propose ainsi une étude préliminaire pour reconstruire et identifier le plus précisément possible ce type de signal, en se basant sur l'étude de la sous-structure des jets de hadrons. / This report presents the analysis conducted with the ATLAS experiment at the LHC and searching for resonnant production of new particles decaying into a pair of top quarks. Top quark reconstruction is mainly build upon the notion of hadronic jets, whose identification and reconstruction is a crucial issue for any measure trying to sign top quark decays from proton-proton collisions processes. After a general description of the theoretical and experimental features of jet reconstruction in the ATLAS detector, we present a first attempt to validate the local hadronic calibration method, which aim at correcting the measurement of these objects from inaccuracies caused by detector effects. In the second part, we present the analysis conducted on 14~fb$^{-1}$ of proton-proton collision data at $ sqrt{s}=$8~TeV collected during the year 2012 and searching for resonnant creation of new extit{heavy} particles in top-antitop invariant mass spectrum. For heavy particles, the quarks produced in the decay of the latter have a high impulsion with respect to their mass and those top quark decays often results in a so called og boosted fg topology, where the hadronically decaying top quark is often reconstructed as a single jet of large radius parameter. In this context, we present a preliminary study to reconstruct and identify as precisely as possible this type of boosted topologies, based on the study of jet substructure.

Le LHC, ATLAS, le détecteur à pixels et l’IBL sont décrits dans la première partie de ce mémoire. La mise en oeuvre du détecteur à pixels muni de sa nouvelle couche grâce à l’acquisition de rayons cosmiques juste avant le démarrage du Run 2 du LHC est ensuite présentée. L’analyse comprend l’étude des propriétés des amas de pixels allumés par le passage des rayons cosmiques, ainsi que la comparaison entre les deux technologies de compteurs présentes dans la nouvelle couche, les compteurs planaires et les compteurs 3D utilisés pour la première fois auprès d’un collisionneur. Ces études ont permis de valider les logiciels de reconstruction et d’améliorer la simulation de la nouvelle couche. Les produits d’ionisation créés dans les compteurs par le passage de particules chargées sont déviés de leurs trajectoires naturelles le long du champ électrique des jonctions, par le champ magnétique uniforme dans lequel est plongé le trajectographe d’ATLAS. L’angle de la déviation est appelé angle de Lorentz. La mesure de cet angle est essentielle car il affecte la position mesurée. Cette mesure a été réalisée pour toutes les couches, ainsi que la variation de l’angle de Lorentz en fonction de la température. A la fin du Run 1, aucun excès n’a été observé par-dessus les prédictions du Modèle Standard, et des limites inférieures sur les masses de particules supersymétriques en ont été déduites. Ces limites ont été étendues avec l’analyse montrée ici. Le gluino est ainsi plus lourd que 1.87TeV, tandis que la masse du squark b devrait être plus grande que 700 GeV, sous des hypothèses simplificatrices. Ces résultats constituent des contraintes supplémentaires pour la supersymétrie. / In the first part of this thesis, the LHC, ATLAS, the Pixel Detector and the IBL are all reviewed. Afterwards, the analysis of first cosmic data collected by the ATLAS Detector after the IBL insertion is presented, as part of the Pixel and IBL commissioning before Run 2 started. The analysis included the study of the Pixel clusters properties, and making comparisons between the two different technologies used in the IBL sensors: the Planar type, and the 3D type which has been used for the first time in a collider experiment. Analyzing the Pixel clusters properties is important to study the detector response after the IBL insertion, in order to insure utilizing the ultimate capabilities of the detector, and to achieve better resolutions for the measurements. The Standard Model (SM) of particle physics describes physical phenomena in the fundamental level with great success. However, it suffers from several shortcomings; for instance, it has no candidate for the dark matter, and it has no solution for the gauge hierarchy problem, motivating the search for new physics beyond the SM theories. On of those theories is Supersymmetry(SUSY), which occupies a primer place in the LHC physics program. At the end of Run-1, no significant excess in data over the SM prediction is observed and limits on the supersymmetric particle masses are set. With this analysis, which is basically an extension of the Run 1 analysis, those exclusion limits are extended and the gluino masses are excluded up to 1.87 TeV, while the sbottom mass should be above 700 GeV when using simplified assumptions. These results provide new constraints on natural SUSY models.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Apresenta-se neste trabalho um estudo sobre o impacto do empilhamento de eventos (pile-up), nas distribuições das variáveis comumente utilizadas para identificar eventos difrativos, na topologia de difração dura simples produzindo dijatos, nas condições do CMS para baixa luminosidade (2 x 1033 cm -2 s-1). O cenário de baixa luminosidade citado acima equivale aproximadamente a 5 eventos de pile-up em média por cruzamento de pacotes. Para simular o sinal, difrativos (com e sem pile-up), usamos o gerador POMWIG (1). Para os eventos não-difrativos (com e sem pile-up), utilizamos o gerador PYTHIA (2),bem como para a produção dos eventos de pile-up (eventos simulados utilizando eventos de minimum bias). / We present here a study on the pile-up impact in the variables commonly used to identify diffractive events, the topology of single diffraction producing hard jets in the CMS conditions for low luminosity (2 X 1033 cm -2 s-1). The low luminosity scenario mentioned above is equivalent to approximately 5 pile-up events on average by crossing packages. To simulate the signal, diffractive events (with and without pile-up), we use the generator POMWIG(1). For the non-diffractive events (with and without pile-up), we use generator PYTHIA(2), and for the production of events of pile-up as well (events simulated using minimum bias events).

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho apresenta um estudo sobre a produção de dijatos exclusivos em interações pp, do tipo pp &#8594; p "+" dijatos "+" p, onde os prótons desta interação permanecem intactos, e o símbolo "+" indica uma lacuna na pseudorapidez, uma região com ausência de atividade hadrônica entre os prótons espalhados e o sistema central de dijatos; este processo é conhecido como produção central exclusiva. A análise utiliza uma amostra de dados que corresponde a uma luminosidade efetiva de 24;48 pb-1 coletados pelo experimento Compact Muon Solenoid (CMS) no Large Hadron Collider (LHC), no ano de 2010, com energia de centro de massa &#8730;s = 7 TeV. Este canal possui uma assinatura experimental única, caracterizada pelos prótons espalhados na região frontal, ou a baixos ângulos e duas grandes lacunas opostas. O processo da produção central exclusiva é útil para o entendimento das interações no contexto da QCD. / This work presents a study about the exclusive dijets production in pp interactions of type pp &#8594; p "+" dijets "+" p, where the protons this interaction remain intact, and the symbol "+" denotes a gap in pseudorapidity, a region with no hadronic activity between the scattered protons and the central dijets system, this process is known as central exclusive production. The analysis uses a data sample corresponding to effective luminosity of 24:48 pb -1 collected by the experiment Compact Muon Solenoid (CMS) at Large Hadron Collider (LHC), in 2010, with center of mass energy of &#8730;s = 7 TeV. This channel has a experimental signature unique, characterized by scattered protons in the frontal region or low angles and two large gaps opposite. The central exclusive production process is useful for understanding the interactions in the context of QCD.

O advento dos colisores modernos tem proporcionado novas possibilidades de estudo em física de partículas como, por exemplo, a busca por nova física e o estudo de novos estados da matéria hadrônica. Em particular, em colisões de íons pesados em altas energias, acredita-se que um novo estado da matéria seja formado antes da colisão, o chamado condensado de vidros de cor. Tal estado seria a condição inicial de um plasma de quarks e glúons e é caracterizado por altas densidades de pártons (quarks e glúons). De fato, as equações de evolução da Cromodinâmica Quântica predizem que, para virtualidades moderadas e altas energias, os hádrons se tornam sistemas extremamente densos devido ao crescimento das distribuições de glúons nessas condições. Um crescimento indefinido das distribuições de glúons poderia levar à violação do vínculo de unitariedade. Para evitar essa violação, existe um mecanismo chamado de saturação de pártons o qual contém o crescimento das distribuições de quarks e glúons de forma a respeitar o vínculo de unitariedade. Teoricamente, no limite de altas energias, observa-se que os hádrons são populados especialmente por glúons. Experimentalmente, existem indícios da saturação em colisões ep, pp, pA e AA, contudo, isso ainda é uma questão em aberto. Portanto, no limite de altas densidades, espera- se que a física não linear, a qual leva em conta efeitos de recombinações de glúon, passe a se manifestar. Uma alternativa para o estudo da saturação em colisores hadrônicos são os processos foto-induzidos, os quais ocorrem em interações ultraperiféricas. Em uma colisão ultraperiférica entre dois hádrons, o parâmetro de impacto é maior do que a soma dos raios dos hádrons, de forma que interações fortes são suprimidas. Dessa forma os hádrons atuam como fontes de fótons (quase reais) podendo ocorrer interações fóton-hádron e fóton-fóton. Nesse trabalho estudamos a fotoprodução difrativa de mésons vetoriais em energias do LHC para colisões ultraperiféricas próton-próton, próton-núcleo e núcleo-núcleo e a produção dupla de mésons vetoriais em colisões fóton-fóton e devido ao mecanismo de duplo espalhamento fóton-p(A). Mostramos como esses processos podem ser usados para estudar a física de altas energias e os efeitos de saturação. Os efeitos de saturação em nossos cálculos são levados em conta através do formalismo de dipolo de cor, que é uma das ferramentas básicas usadas nessa tese. O tratamento de colisões ultraperiféricas hádron-hádron foi feito com a aproximação de fótons equivalentes que assim como o formalismo de dipolo, foi extensamente usada. Nossos resultados apontam que o estudo fenomenológico e experimental dos tipos de processos citados acima são factíveis e podem ser usados para vincular a dinâmica da QCD em altas energias. / The advent of the modern colliders has provided new possibilities of study in particle physics as, for example, the search for new physics and the study of new states of the hadronic matter. In particular, in high energy heavy ion collisions is expected that a new state can be formed before the collision, the so called Color Glass Condensate. This state would be the initial condition of the Quark Gluon Plasma and is characterized by high parton (quarks and gluons) densities. Indeed, the Quantum Chromodynamics evolution equations predict that, for moderate virtualities and high energies, the hadrons become extremely dense systems due to the growth of the parton distribution in these conditions. An indefinite growth of the parton distributions could lead to the violation of the unitarity bound. To avoid this violation, there is a mechanism called parton saturation which tames the growth of the parton distributions to satisfy the unitarity bound. Theoretically, in the high energy limit, one can see that the hadrons are populated mainly by gluons. Experimentally, there are indications of the saturation in ep, pp, pA and AA collisions, however, this is an open question. So, in the high density limit, we expect that the nonlinear physics, which takes into account gluon recombination effects start to manifest itself. An alternative for the study of the saturation at hadronic colliders are the photon-induced processes, which occurs in ultra-peripheral collisions. In a ultra-peripheral collision between two hadrons the impact parameter is greater than the sum of the radii of the hadrons, so the strong interaction is suppressed. Thus, the hadrons act as sources of (almost real) photons and may occur photon-hadron and photon-photon interactions. In this work we study the diffractive photoproduction of vector mesons at LHC and future colliders energies in ultra-peripheral proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions and the double vector meson production in photon-photon collisions and due to the double photon-p(A) scattering mechanism. We show how these processes can be used to study the high energy physics and the saturation effects. These effects are considered in our calculations through the color dipole formalism, which is one of the basic tools used in this thesis. The treatment of the ultra-peripheral hadron-hadron collisions was done through the equivalent photon approximation that just as in the dipole formalism, was widely used. Our results point that the phenomenological and experimental studies of the processes cited above are feasible and can be used to constraint the QCD dynamics in high energies.

The aim of relativistic heavy-ion collisions is to investigate the properties of the Quark-Gluon Plasma (QGP) phase, that is achieved at high-enough temperatures and/or densities. In this context, light on heavy-ion collisions (e. g. p-Pb) are used to assess Cold Nuclear Matter effects (CNM), while elementary hadronic collisions (e. g. proton-proton) provide tests for QCD (Quantum Chromodynamics) based calculations and baseline for studies with heavy- ions. Heavy quarks, i. e. charm and beauty, are very convenient in the characterization of the QGP. They are produced via initial hard parton-parton scatterings at the early stages of the collision and, therefore, they are a self-generated probe for the system created in the reaction. In this work the angular correlation between electrons from heavy-flavour hadron decays and charged particles was studied in pp (2.76 and 7 TeV) and p-Pb (5.02 TeV) collisions at the CERN Large Hadron Collider, using the ALICE detector. The correlation strengths were evaluated as a function of multiplicity in p-Pb collisions. In pp collisions the relative beauty (and charm) contribution to the total heavy-flavour decay electron yield was estimated using the measured correlation distribution and Monte Carlo templates. / O próposito de colisões entre íons pesados relativísticos é investigar as propriedades do plasma de quarks e gluons (QGP, do inglês Quark-Gluon Plasma). A transição de fase, de um estado hadrônico para o QGP, ocorre em regimes onde a temperatura e/ou densidade atingem um valor suficientemente alto. Neste contexto, colisões entre íons pesados e leves (por exemplo, p-Pb) permitem acessar efeitos devido à matéria nuclear fria (CNM, do inglês Cold Nuclear Matter) e colisões elementares (por exemplo, próton-próton) são usadas como referência para estudos com íons pesados, além de proporcionarem testes para cálculos de QCD perturbativa. Quarks pesados, isto é charm e bottom, são ferramentes muito convenientes no estudo e caracterização do QGP. Essas partículas são produzidas através de espalhamento duro nos instantes iniciais da colisão e, portanto, elas atuam como uma sonda externa para o sistema criado na reação. Esse trabalho consiste no estudo da correlação angular entre elétrons oriundos de quarks pesados e partículas carregadas, em colisões pp (2.76 e 7 TeV) e p-Pb (5.02 TeV), no acelerador LHC (do inglês Large Hadron Collider) do CERN, usando o detector ALICE (do inglês A Large Ion Collider Experiment). A distribuição angular mencionada foi medida em função da multiplicidade do evento, no caso de colisões p-Pb. Em colisões pp, a contribuição relativa de quarks charm e bottom para o total de elétrons provenientes de quarks pesados foi estimada usando a função de correlação obtida.