Dans cette thèse, la recherche de neutrinos lourds droitiers à travers la désintégration d'un boson W droitier (Wʀ) en deux leptons et deux jets avec l'expérience CMS au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) est présentée.Le boson Wʀ se désintègre en un lepton et un neutrino massif (Nʀ), et le neutrino se désintègre en un autre lepton de la même saveur et en une paire de jets. Les données recueillies par l'expérience CMS dans les collisions proton-proton à 13 TeV en 2016 correspondant à une luminosité totale intégrée de 35.9 fb ⁻¹ ont été utilisés pour cette analyse.Ces neutrinos lourds manquent dans le Modèle Standard (SM) de la physique des particules et ils sont donc importants pour faire la lumière sur la physique au-delà du SM. Mes principales contributions ont été la simulation et la validation des échantillons de signaux, l'estimation de l'un des principaux bruit de fonds, la production des limites 1D et 2D sur la section transversale du Wʀ (en fonction de la masse du Wʀ et de la masse du Wʀ par rapport à la masse du Nʀ, et l'analyse statistique et systématique. Les résultats obtenus avec cette analyse donnent les limites les plus strictes à ce jour.Des études pour l'amélioration du calorimètre électromagnétique de CMS pour la Phase II du LHC, qui prévoit un remplacement partiel de l'électronique dans le tonneau, sont également présentés. Mes principales contributions ont été dans la préparation de l'installation et dans la prise de données des test beams réalisée à la ligne de faisceau H4 dans la zone SPS Nord du CERN,dont le but était d'étudier la performance du prototype pour les nouvelles Very-Front-End cartes (CATIA chips avec un ADC de 160 MHz), et dans l'étude des formes et bruit des signaux recueillis par une matrice de 5 x 5 cristaux pour calculer leur timing et leur résolution énergétique.Le document commence par une introduction théorique sur le Modèle Standard et sur la physique au delà du Modèle Standard, en particulier sur les neutrinos lourds, suivi d'une description du détecteur CMS et de son calorimètre électromagnétique. Les études pour l'amélioration du calorimètre électromagnétique sont présentées dans un chapitre dédié, puis l'analyse sur la recherche de neutrinos lourds et un aperçu de la physique des neutrinos au LHC et autres expériences sont décrits. / In this thesis, the search for heavy right-handed neutrinos through the decay of a right-handed W (Wʀ) boson into two leptons and two jets with the CMS experiment at the Large Hadron Collider is presented. The Wʀ boson decays into a lepton and a massive neutrino (Nʀ), and the neutrino decays into another lepton of the same flavor and into a pair of jets. The data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at 13 TeV during 2016 and corresponding to a total integrated luminosity of 35.9 fb ⁻¹ were used for this analysis. These heavy neutrinos are missing in the Standard Model (SM) of particle physics and thus they are important to shed light on physics beyond the SM. My main contributions were the simulation and validation of the signal samples, the estimation of one of the main backgrounds, the production of the 1D and 2D limits on the Wʀ cross section (as a function of the Wʀ mass and of the Wʀ mass versus Nʀ mass), and the systematics and statistical analysis. The results obtained with this analysis give the most stringent limits to date.Studies on the upgrade of the CMS electromagnetic calorimeter for the LHC Phase II, that foresees a partial replacement of the electronics in the barrel, are also presented. My main contributions were in the preparation of the setup and in the data taking of test beams performed at the H4 beam line in the SPS North Area of CERN, whose goal was to study the performance of the prototype for the new Very-Front-End boards (CATIA chips with 160 MHz ADC), and in studying the shapes and noise of the signals collected by a matrix of 5 x 5 crystals calculating their timing and energy resolution.The document starts with a theoretical introduction about the Standard Model and the physics beyond the Standard Model, in particular on heavy neutrinos, followed by a description of the CMS detector and its electromagnetic calorimeter. The upgrade studies on the electromagnetic calorimeter are presented in a dedicated chapter, then the analysis on the search for heavy neutrinos and an overview on the overall neutrino physics at the LHC and other experiments are described.

Dans cette thèse, je présente ma contribution à l'étude des propriétés du boson de Higgs. Mon travail a consisté à combiner les différentes analyses de recherche du boson de Higgs prévu par le modèle standard pour en extraire une mesure des taux de productions, de désintégrations et des couplages. Par exemple, le taux de production inclusif du boson de Higgs mesuré avec le détecteur ATLAS a été mesuré. Ces mesures peuvent également s'interpréter dans le contexte de modèle au-delà du modèle standard telle que les modèles composites ou les modèles de type MSSM avec le hMSSM. J'ai également participé à l'étude des performances d'un algorithme de particle flow dans le cadre de la recontruction de jets possédant un grand rayon. Mes contributions aux analyses de recherche d'un boson de Higgs pseudo-scalaire se désintégrant en un boson Z et un boson de Higgs et la recherche du boson produit en association avec un boson Z et se désintégrant en une paire de quarks b sont également montrées. / In this thesis, I show my contribution to the study of the properties of the Higgs boson. My work has consisted in combining the different searches of the Standard Model Higgs boson to measure the rate of production, decay and the couplings. For example, the overall rate of production measured with the ATLAS dectector has been measured. These measurements can also be interpreted in the constext of models beyond the standard model such that composite models or models inspired from the MSSM (hMSSM). I have also participated to the studies of the performance of a particle flow algorithm to reconstruct the jet with a large radius. My contribution to the search of a pseudoscalar Higgs boson decaying into a Z boson and a Higgs boson and the search of the standard model Higgs boson produced in association with a Z boson and decaying into a pair of b quarks are also shown.

Malgré un succès expérimental incontestable, le Modèle standard (MS) de la physique des particules laisse de nombreuses questions fondamentales sans réponse, comme le problème de hiérarchie et l’origine de la matière noire, motivant l’étude de la « nouvelle physique ». Le Modèle Standard Supersymétrique Non-Minimal (MSSNM) est une extension très intéressante du MS répondant à ces deux problèmes. Il comprend une riche phénoménologie, en principe accessible au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). En particulier, son secteur de Higgs est étendu par rapport au MS, générant six scalaires. Le but de cette thèse est d’étudier le potentiel de découverte de ces bosons de Higgs supplémentaires au LHC. Après une introduction du MSSNM et de ses motivations, nous étudions d’abord les perspectives de découverte d’un scalaire, plus léger que la résonance à 125 GeV mise en évidence au CERN, en passant en revue ses possibles modes de production et de détection dans les phases à venir du LHC, et ses possibles impacts sur les couplages du boson de Higgs du MS. Ensuite, les perspectives de recherche via les cascades de Higgs, impliquant des bosons de Higgs supplémentaires légers et lourds, est présentée. Des études détaillées au moyen de méthodes Monte-Carlo ont été réalisées, et de nouvelles analyses dédiées sont présentées. Ces derniers résultats ne sont pas restreints au MSSNM, et peuvent être interprétés dans une large classe de modèles. / Despite its incontestable experimental success, the Standard Model of particle physics leaves unanswered many fundamental questions like the hierarchy problem and the origin of dark matter, motivating the study of physics beyond its scope. The NMSSM is a well-motivated extension of the SM addressing these two issues. It features a rich phenomenology accessible, in principle, at the LHC. In particular, the Higgs sector of the NMSSM is extended with respect to the SM giving rise to six scalars. It is the aim of this thesis to study the discovery potential of these extra Higgs bosons at the LHC. After introducing the NMSSM and its motivation, we first study the discovery prospects for a scalar lighter than the 125 GeV resonance found at CERN, reviewing its possible production and detection at the upcoming runs of the LHC and its possible impact on couplings of the Standard Model Higgs boson. Next, prospects for searches via Higgs cascades involving extra light and heavy Higgs bosons are presented. Detailed studies by means of Monte Carlo methods are performed, and new dedicated analysis are proposed. These last results are not confined to the NMSSM and can be interpreted in a wide class of models.

Le Large Hadron Collider (LHC) fonctionne à une énergie dans le centre-de-masse de 13 TeV, atteignant ainsi des énergies bien au-dessus de l'échelle électrofaible. Pour la première fois, des particules lourdes sont produites dans le régime boosté, c'est-à-dire avec une impulsion transverse beaucoup plus grand que leur masse. Leur produits de désintégration hadronique sont collimatés et finisseent par être regroupé dans un seul jet. Dans cette situation, il n'est pas facile de discriminer le signal des particules lourdes du bruit de fond formé par des jets originés par les partons, il faut examiner la dynamique interne du jet avec des techniques de sous-structure des jets. Les outils de la sous-structure de jet sont divisés en trois catégories : « Jet shapes » qui contraient la radiation des gluons mous dans le jet ; « Taggers » qui cherchent plusieurs cœurs d'énergie dans le jet, une situation plus courant dans les jets de signaux que dans les jets QCD ; et les « Groomers » qui éliminent la radiation molle et à grand angle dans le jet, souvent dominés par l'événement sous-jacent.Dans cette thèse, on propose une approche analytique qui nous permet de comprendre les sources des différences de performance entre les méthodes. On utilise des techniques de resommation à tous les ordres en théorie des perturbations, pertinentes pour les régimes bostés où l'échelle de masse et de l'impulsion transverse sont largement séparées. On motive le besoin de resommation et on introduit les éléments de base qui sont utilisés tout au long de la thèse. Cette thèse se concentre sur les jets à deux cœurs, comment les bosons W/Z/H.Premièrement, on explore comment un tagger spécifique, le Y-splitter, peut être combiné avec une variété de techniques de grooming : le MassDrop Tagger (mMDT), trimming et SoftDrop. Selon des études Monte Carlo, cette combinaison augmente la performance du Y-splitter. On explique l’origine de se comportement par des calculs théoriques et étudie l'impact des effets non-perturbatives. On présente également des variantes améliorées de la méthode Y-Splitter originale.Ensuite, on étudie l'utilisation des jet shapes comment une variable discriminante entre les désintégrations hadroniques à deux cœurs des bosons électrofaibles et le bruit de fond des jets QCD. On calcule analytiquement la distribution de masse avec une coupure sur la variable jet shape. On considère 3 shapes couramment utilisées : N-subjettiness, « Energy Correlation functions » et le paramètre MassDrop. Nos résultats expliquent la différence entre les performances des différentes méthodes. On compare également nos résultats aux générateurs de Monte Carlo et on étudie l'impact des effets non-perturbatifs.Notre étude suivant examine la combinaison des techniques de grooming/tagging avec des jet shapes, en particulier le N-subjettiness. On propose le rapport dichroïque de N-subjettiness, où on utilise un gros jet (avec ou sans pre-grooming) pour calculer tau ₂ et un jet plus petit, avec tagging pour tau₁. Cette version donne une performance améliorée par rapport aux versions utilisées actuellement par les expériences, tout en maintenant les effets non-perturbatifs sous contrôle.Enfin, on effectue une étude phénoménologique de la distribution de masse des jets avec mMDT. Ceci est actuellement mesurée par des expériences au LHC. Nos prédictions théoriques prennent en compte les logarithmes dominants du rapport de la masse de jet sur l'impulsion transverse et on fait le « matching » avec les éléments de matrice à ordre fixe calculés au NLO. On discute deux options possibles, selon que les distributions sont mesurées dans des bins de l'impulsion transverse avant ou après le mMDT. / The Large Hadron Collider (LHC) is running at a center-of-mass energy of 13 TeV, thus reaching energies far above the electroweak scale. For the first time, heavy particles are produced in the boosted regime, i.e. with transverse momentum much larger than their mass. Their hadronic decay products are collimated and end up being clustered into a single jet. In this situation is not easy to discriminate the heavy particle signal from the background, formed by jets originated from QCD partons, so one has to examine the internal dynamics of the jet using jet substructure techniques. Jet substructure tools are divided in three main categories: Jet shapes, which constrain soft-gluon radiation inside jets; Taggers which look for multiple hard cores inside the jet, a situation more common in signal jets than in QCD jets; and Groomers which clean the fat jets of soft-and-large-angle radiation, often dominated by the underlying event.This thesis proposes an analytical approach which allows us to understand the sources of performance differences between methods. We will use all-order resummation techniques, relevant for the boosted regime where the mass and transverse-momentum scale are widely separated. We motivate the need for resummation and introduce the basic elements (building blocks) that are used throughout the thesis. In this thesis, we focus on two-pronged jets, like W/Z/H decays.We first study how a specific tagger, namely Y-splitter, can be combined with a variety of grooming techniques: the modified MassDrop Tagger (mMDT), trimming and SoftDrop. It is known from Monte Carlo studies that such combination increases the Y-splitter performance. We study the origin of this behaviour from a theoretical point of view and the impact of non-perturbative effects. We also introduce improved variants of the original Y-splitter method.Next, we study the use jet shapes as a discriminant variable between two-pronged hadronic decays of electroweak bosons and the QCD jets background. We compute analytically the jet mass distribution with an additional cut on the jet shape variable. We obtain results for 3 common shapes: N-subjettiness, Energy Correlation function and MassDrop parameter. Our results explain differences in discriminating power between the shapes. We also compare our results to Monte Carlo generators and study the impact of non-perturbative effects.Our next study investigates the combination of grooming/tagging techniques with jet shapes, in particular N-subjettiness. In this work, we propose the dichroic N-subjettiness ratio, where we use a large jet (with or without a pre-grooming step) for calculating tau ₂ and a smaller, tagged subjet for tau₁. This observable gives an enhanced performance compared to the variants currently used in experimental analyses, while keeping non-perturbative effects under control.Finally, we perform a phenomenological study of the jet mass distribution after applying the mMDT. This is currently being measured by LHC experiments. Our theoretical predictions account for the resummation of the leading-logarithm of the ratio of the jet mass over the jet transverse momentum and it is matched to fixed-order matrix elements computed at next-to-leading order. We discuss two options according to whether the distributions are measured in bins of the jet transverse momentum before or after the mMDT.

ATLAS est l'une des deux principales expériences du LHC dans le but d'étudier les propriétés microscopiques de la matière afin de répondre aux questions les plus fondamentales de la physique des particules. Après les réalisations accomplies lors de la première prise de données, le potentiel de nouvelles découvertes et de mesures précises au LHC est étendu en repoussant les limites en matière d’énergie dans le centre de masse et de luminosité grâce à trois mises à niveau de l’accélérateur aboutissant au LHC à haute luminosité (HL-LHC). Pour tirer pleinement parti de l'augmentation de la luminosité, deux mises à niveau principales du détecteur interne ATLAS sont prévues. La première mise à niveau était déjà achevée au début de l'année 2015 avec l'insertion de l'IBL, une quatrième couche de pixels située à seulement 3,2 cm de la ligne de faisceau. Dans la deuxième mise à niveau majeure, prévue pour 2024, le détecteur interne complet sera remplacé par un tout nouveau dispositif de suivi interne entièrement constitué de dispositifs en silicium pour faire face à la forte densité de particules et à l’environnement de rayonnement intense du HL-LHC, qui pendant son fonctionnement période fournira 3000 fb-1, près de dix fois la luminosité intégrée du programme complet du LHC. Cette thèse aborde l’étude de nouveaux détecteurs de pixels de bord actifs n + -in-p en développant deux nouvelles méthodes d'analyse du profil du dopage pour étudier les effets des dommages d’irradiation sur les performances des détecteurs de pixels. Ces méthodes sont la méthode d'imagerie 3D sims et la méthode TLM. La simulation TCAD a été utilisée pour simuler les profils de dopage, le comportement électrique et les dommages dus au rayonnement. La validation des modèles de simulation avec les données a été effectuée. De plus, la caractérisation de la salle blanche ainsi que la mesure sur un faisceau de test ont été effectuées pour tester les différentes conceptions de détecteurs. Dans la deuxième partie de la thèse, je discute de l'observation de la désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks b à l’aide des données collectées par ATLAS lors du Run 2 du LHC à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse et une luminosité intégrée de 79.8 $fb^{-1}$. J'ai contribué à l'analyse où le boson de Higgs est produit en association avec un boson de jauge W ou Z. L'analyse VH(bb) ne considérant pas les leptons tau, j'ai réalisé une étude estimant l'impact de leur utilisation sur l'analyse. De plus, pour l’analyse VH (bb), j’ai travaillé sur l’estimation de fond multi-jets dans le canal à 1 lepton en utilisant la méthode d’analyse dijet-masse. / ATLAS is one of the two main experiments at LHC with the purpose of investigating the microscopic properties of matter to address the most fundamental questions of particle physics. After the achievements of the first years of running, the potential reach for new discoveries and precise measurements at LHC is being extended by pushing further the energy and luminosity frontiers through three upgrades of the accelerator culminating in the High Luminosity LHC (HL-LHC). To fully profit from the increased luminosity, two main upgrades of the ATLAS inner detector are planned. The first upgrade was already completed at the beginning of 2015 with the insertion of the IBL, a fourth pixel layer located at just 3.2 cm from the beam line. In the second major upgrade, foreseen for 2024, the full inner detector will be replaced by a completely new inner tracker fully made of silicon devices to cope with the high particle density and the harsh radiation environment at the HL-LHC, which during its operational period will deliver 3000 fb-1, almost ten times the integrated luminosity of the full LHC program. This thesis addresses the study of new n+-in-p active edge pixel detectors by developing two novel doping profile analysis methods to study the radiation damage effects on the pixel detectors performance. These methods are the 3D sims imaging method and the TLM Method. TCAD simulation has been used to simulate the doping profiles, the electrical behavior and the radiation damage. Validating the simulation models with data have been done. Moreover, clean-room characterization, as well as testbeam measurement have been performed to test the different detector designs. In the second part of the thesis, I discuss the observation of the standard model Higgs boson bb decay mode using the data collected by ATLAS during the LHC Run2 at center-of-mass energy 13 TeV and an integrated luminosity 79.8 fb-1 of a proton-proton collision. I contributed specifically to the search of the standard model Higgs boson in VH(bb) production mode. In the VH(bb) analysis we don't have any channel that considers the tau leptons in the final state. I have performed a feasibility study to verify the gain of using the taus in the analysis. In addition, for the VH(bb) analysis I have worked on the multi-jet background estimation in the 1-lepton channel using the dijet-mass analysis method.

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.

Cette thèse présente deux analyses réalisées avec des évènements où un photon est produit en association avec un jet obtenus avec l'expérience CMS au LHC. Le première analyse présente l'extraction de la calibration de l'échelle en énergie des jets en utilisant la balance en impulsion présente dans ce type d'évènements, la seconde analyse présente la mesure de la section efficace différentielle de production d'évènement ou un photon est émis en association avec un jet de saveur lourde dans les collisions proton proton du LHC / This PhD thesis presents two analysis using photon + jet events with the CMS experiment at the LHC. The first analysis presents the extraction of the jet energy calibration using the momentum balance between the jet and the photon in such events, the second analysis presents the photon + heavy flavored jet differential production cross section with proton proton collision at LHC

Dans ce manuscrit sont décrits trois aspects de mon travail de thèse auprès de l’expérience ATLAS. Le premier est consacré à l’extraction des corrections sur l’étiquetage de jets issus de quarks beauté, appliquées aux simulations afin de mieux décrire les données expérimentales. Le second est l’étude de la désintégration du boson de Higgs en paire de quarks beauté. Le dernier aspect est la recherche de nouvelle physique à travers l’interaction d’un quark top et d’un boson de Higgs. Mon implication dans la collaboration ATLAS a commencé avec la mise `a jour de la calibration pseudo continue des techniques d’identification de jets issus de quarks beauté (b-jets). La calibration pseudo continue de l’étiquetage des b-jets (b-Tagging) dans l’expérience ATLAS a été développée durant le run 1 du LHC. Une mise à jour du code a été effectuée. Les incertitudes sur la calibration pseudo continue du b-Tagging sont dominées par les sources d’erreur systématique. Le second sujet de la thèse est la recherche du boson de Higgs dans son canal de désintégration en quarks beauté, produit en association avec un boson vecteur (VH(bb)). J’ai notamment participé à l’étude du canal pp ! ZH, dans lequel un boson Z se désintègre en neutrinos. L’analyse a été optimisée respectivement à l’expérience acquise au cours du run 1 du LHC. Plusieurs idées ont été explorées afin d’améliorer l’analyse multivariée. L’évidence du processus VH(bb) a ´ et ´e obtenue avec les données collectées en 2015 et 2016. La force du signal (rapport des sections efficaces mesurée et prédite) a été mesurée à ˆμV H = 1.20+0.24 −0.23(stat.)+0.34 −0.28(syst.), ce qui correspond `a une significance observée de 3.5 significations statistiques. L’incertitude sur ce résultat est dominée par des sources d’erreur systématique. En conséquence, plusieurs études ont été menées afin de mieux comprendre certains aspects de ce résultat. Une attention particulière a été apportée à la simulation des processus de bruit de fond dans le but d’améliorer l’efficacitée de génération des simulations Monte-Carlo. Aussi, l’utilisation de nouvelles variables liées au flux de couleur entre les deux quarks beauté (colourflow) dans la recherche du processus VH(bb) semble apporter un gain limité dans la rejection des processus de bruit de fond avec les performances actuelles de reconstruction des jets. L’analyse a été menée en ajoutant les données collectées en 2017, et a conduit à l’observation non ambigüe du signal de désintégration du boson de Higgs en quarks beauté. Enfin, la dernière étude présentée est une révision de la recherche du signal d’un quark top dans sa désintégration en quark up ou charm et un boson de Higgs se désintégrant en paire de photons. Ce processus est interdit avec un vertex unique dans le Modèle Standard, et largement supprimé dans les canaux impliquant des boucles, avec un taux d’embranchement de 10−15, ce qui en fait un canal pertinent dans la recherche de nouvelle physique. L’analyse est conçue afin de différencier les couplages et en ciblant à la fois les modes de production d’un unique quark top, ou d’une paire de quarks top, et en exploitant les techniques d’identification de c-jets dans la catégorisation. L’utilisation de variables cinématiques a été développée, et des méthodes multivariées mises en oeuvre dans l’analyse. Les premières perspectives de résultats attendus sont présentées. Les données collectées au cours du run 2 du LHC devraient permettre à l’analyse d’être sensible à un taux d’embranchement inférieur à 1 et pourrait apporter les premières contraintes sur certains modèles de physique au-delà du modèle standard. / In this thesis, three aspects of my work within the ATLAS experiment are described. The first one is dedicated to the extraction of correction factors to be applied on the simulation to match the data. The second is the analysis of the Higgs boson decay to a pair of b-quarks. The last one is a search for BSM in the interaction between a top quark and the Higgs boson.My implication in the ATLAS collaboration started with updates of the pseudo-continuous calibration of b-jets flavour identification. The pseudo-continuous calibration of b-Tagging in the ATLAS experiment was developed during the run 1 of the LHC. An update of the framework was performed, and calibration results have been produced. The uncertainties on the pseudo-continuous b-Tagging calibration are dominated by systematic sources.The second topic of the thesis is the search for a Higgs boson decaying into beauty quarks, produced in association with a vector boson. I was especially involved in the channel looking for a Z boson decaying into neutrinos. The analysis was optimised with respect to the experience acquired during the run 1 of the LHC. Many ideas have been explored in order to improve the multivariate analysis. The evidence for the VH(bb) process was presented using data collected in 2015 and 2016. The signal strength is measured to ˆμV H = 1.20+0.24 −0.23(stat.)+0.34 −0.28(syst), which corresponds to an observed significance of 3.5 standard deviations. The uncertainty on this result is dominated by systematic sources. Hence, several studies have been performed in order to better understand specific aspects of this result. A special attention was given to the modelling of background processes to improve the generation efficiency of Monte-Carlo simulation. Also, the use of coulourflow in the VH(bb) search appears to provide a limited gain in the rejection of background processes with the current jet reconstruction performances. The analysis was updated adding data collected in 2017, and lead to the observation of the Higgs boson decay into beauty quarks.At last, the final study presented in this work is a major revision of the search for a top quark decaying into an up-type ( = , ) quark and a Higgs boson decaying into two photons. This process is forbiden at tree level in the SM and highly supressed at loop level, with an expected branching ratio of 10−15, making it a very good probe for BSM physics. The analysis is now designed in order to disentangle the and couplings by targeting both the single- and pair-production modes of top quarks, and exploiting c-tagging in the categorisation. The use of kinematic variables was developped, and multivariate methods have been implemented in the analysis. Preliminary prospect results are presented. With the set of data accumulated by the end of the LHC run 2, the analysis will be sensitive to branching ratio below the permil level and could provide the first constraints on realistic BSM models.

Les collisions d’ions lourds à haute énergieproduisentunnouvelétatdelamatièreappelé le plasma de quarks et de gluons. Un parton traversant le plasma perds de l’énergie, en atténuant les gerbeshadroniques:c’estl’effetde"jetquenching". La dépendance du jet quenching dans la saveur du parton fournit des contraintes sur les modèles de perte d’énergie. Le déséquilibre d’une paire de jets issus de quarks b est une observable appropriée pour étudier ce phénomène. Cette thèse présente lamesure du déséquilibre en impulsion transverse des jets de b et des jets inclusifs (non-identifiés), dans des collisions PbPb a √sNN = 5.02 TeV, réalisée avecledétecteurCMSauLHCpouruneluminosité intégrée de 404 µb−1. Aucune différence n’est observée dans le jet quenching entre les jets issus de partons légers et lourds. Une analyse des résultats à l’aide d’un modèle simple de perte d’énergie est présentée. / The collisions of heavy ions at high energy produce the new state of matter called the quark gluon plasma. A parton traversing the plasma loses its energy which results in the jet quenching phenomenon. The dependence of the jet quenchingonthepartonflavorprovidesconstraints the models describing energy loss. The imbalance of b-jets is a very suitable observable to study this phenomena. This dissertation presents the measurement of the transverse momentum imbalance of b-jets and inclusive (non-identified) jets in PbPb collisions at √sNN = 5.02 TeV which is performed with the CMS detector at the LHC with total integral luminosity of 404 µb−1. No significant difference in jet quenching between light and heavy flavor jets is observed. The interpretation of results with a simple model of energy loss is performed.

Les mesures des propriétés du boson de Higgs dans le canal en 4 leptons sont rapportées dans cette thèse. Les données prises avec le détecteur CMS dans des collisions proton-proton à 13 TeV dans le centre de masse sont utilisées. Des améliorations importantes, touchant plusieurs aspects de l'analyse, ont été apportées. Mes contributions principales portent sur deux grands axes: amélioration de la mesure d'efficacité de sélection des électrons et analyse des données 2017 en tant qu'analyseur et éditeur principal.Les résultats sont montrées pour les données du Run II, collectées en 2016 et 2017, correspondant à des luminosités intégrées de 35.9 fb-1 et 41.5 fb-1, respectivement.Les modifications de l'intensité de signal, relative aux prédictions du Modèle Standard (MS), la masse et la largeur du boson de Higgs ainsi que les sections efficaces de production inclusives et différentielles sont mesurées. Tous les résultats sont en bon accord avec les prédictions du MS pour un boson de Higgs avec une masse de 125 GeV.Finalement, une mesure des modificateurs de l'intensité du signal est effectuée en combinant les données 2016 et 2017, pour un total de 77 fb-1. Une nouvelle fois, ces mesures sont en accord avec le MS. De nouvelles frontières sont désormais atteintes, les incertitudes statistiques et systématiques sont désormais d'égale contribution à l'incertitude totale sur les mesures inclusives de section efficace de production. / This thesis reports on measurements of Higgs boson properties in the four-lepton channel in proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of 13 TeV with the CMS detector. Significant improvements in many aspects of the analysis are introduced. My contribution is twofold, improving the electron selection efficiency measurements and leading the analysis of data recorded in 2017 as the main author. Results of the analysis of Run II data are presented for two data sets recorded in 2016 and 2017, corresponding to integrated luminosities of 35.9 fb−1 and 41.5 fb−1, respectively. The signal strength modifiers relative to the standard model prediction, the mass and decay width of the boson, differential and inclusive cross sections are measured. All results are in good agreement with standard model expectations for a 125 GeV Higgs boson within the uncertainties. Finally, a measurement of the signal strength modifiers on combined 77.4 fb−1 of data collected in 2016 and 2017 is also performed and is again found to be compatible with the SM predictions. New frontiers are reached as the statistical and systematical contributions to the total uncertainty on the inclusive signal strength measurement are found to be of the similar size.