L'ajustement des differentes mesures electrofaibles dans le cadre du Modele Standard privilegie un boson de Higgs de faible masse egale a mH = 90 +36 -27 GeV, proche de la limite d'exclusion obtenue au LEP. La d´ecouverte du boson de Higgs a faible masse au LHC est difficile et nécessite la combinaison de plusieurs canaux. La production associ´ee du boson de Higgs avec une paire de quarks top, le boson de Higgs se désintegrant en une paire de quarks b (dominants pour mH <135 GeV), est l'une des signatures considérées. Ce canal permet d'accéder au couplage du Yukawa du top et du quark beau. Le potentiel de découverte du boson de Higgs dans ce canal est étudié avec l'expérience ATLAS. Plusieurs ingrédients sont cruciaux pour cette analyse: la reconstruction du systeme top anti-top avec une grande pureté, un excellent étiquetage des jets b et la connaissance du bruit de fond t ¯t+jets. Le d´etecteur a pixels est le sous-détecteur le plus important d'ATLAS pour l'étiquetage des jets b. En automne 2008, le d´etecteur ATLAS a été mis en service et étudie avec des muons cosmiques. La détermination des canaux morts, des constantes de calibrations et la prise en compte des données de contrôle du d´etecteur a pixels sont d´etaillées pour cette periode. Une ´etude pour d´eterminer puis masquer les pixels bruyants est ´egalement présentée. Finalement, l'efficacité de détection des pixels a été mesurée avec les muons cosmiques.

Cette thèse a été effectué sur l'expérience LHCb, située sur le collisionneur proton-proton LHC au CERN. Sa première partie porte sur l'alignement en temps des calorimètres. Nous décrivons une méthode basée sur une asymétrie permettant d'assurer l'alignement en temps des calorimètres électromagnétique (ECAL) et hadronique (HCAL). Nous montrons qu'avec des faisceaux de 450 GeV, et en l'absence du champ magnétique, il faut 55 000 événements minimum bias pour aligner en temps 84$\%$ des cellules du ECAL et 96 $\%$ des cellules du HCAL avec une précision de 0.5 ns. Lors de la mise en service des sous-détecteurs, nous avons analysé plus d'un million d'événements cosmiques, et vérifié que l'alignement interne est meilleur que 1 ns dans le ECAL et le HCAL. D'autre part nous avons aligné en temps le ECAL et le HCAL et obtenu une précision de l'ordre de 2 ns. Grâce aux gerbes hadroniques produites par le faisceau du LHC le 10 septembre 2008, nous avons montré que l'alignement global du HCAL avec l'horloge du LHC est de l'ordre de 0.8 ns.\\ La seconde partie de cette thèse porte sur la reconstruction des canaux $B_{d}\rightarrow D^{-}\rho(770)^{+}$, $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}\rho(770)^{+}$ et $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}K^{*+}(892)$. Une mé\-thode multivariable a été utilisée pour sélectionner les événements de signal et minimiser le bruit de fond $b\bar{b}$. Avec une année nominale de prise de données à LHCb, on attend 450 000 événements $B_{d}\rightarrow D^{-}\rho(770)^{+}$ , 71 000 événements $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}\rho(770)^{+}$ et 1300 événements $B_{s}\rightarrow D_{s}^{-}K^{*+}(8 92)$ avec des rapports signal sur bruit variant entre 1.6 et 6.

Le collisionneur LHC du CERN permettra de sonder la matière à des énergies inédites en laboratoire. Le Modèle Standard et ses extensions potentielles seront testés à l'échelle d'énergie du TeV. L'expérience ATLAS est pour cela installée à l'un des quatre points d'interaction du LHC.<br /><br />Le quark top y sera produit en grande quantité. Des résultats compétitifs sur ses mécanismes de production et de décroissance seront rapidement obtenus. Contrairement aux autres quarks, celui-ci ne s'hadronise pas : les effets de spin sont observables. Il se désintègre en un boson W et un quark beau, qui sont polarisés par la violation de la symétrie de parité de l'interaction faible.<br /><br />Cette thèse présente l'étude prospective de la polarisation des bosons W produits dans la décroissance, en un lepton chargé et un ensemble de jets, des paires de quarks top. Cette mesure est réalisée par la prédiction de la distribution angulaire expérimentale du lepton chargé, pour chaque état d'hélicité du boson W. Elle permet de contraindre le vertex d'interaction entre le quark top, le boson W et le quark beau. La sensibilité de l'expérience ATLAS aux différents couplages anormaux du vertex d'interaction est estimée dans une approche générique.<br /><br />La validation des résultats d'ATLAS nécessitera une bonne connaissance des détecteurs. Son calorimètre électromagnétique est notamment caractérisé par étalonnage électronique. Cette thèse présente l'étude de deux effets parasites, la gigue et la diaphonie, conduite sur le calorimètre électromagnétique d'ATLAS lors de son installation finale. L'intérêt des analyses de diaphonie pour la caractérisation des voies défectueuses du calorimètre est également dégagé.

Le boson chargé W sera abondamment produit au Large Hadron Collider (LHC) dans des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 14 TeV: sa fréquence de production est 1 Hz à basse luminosité. Sa désintégration dans le canal électron aura une signature claire dans le détecteur ATLAS, marquée par un électron de haute impulsion transverse et une énergie transverse manquante élevée. Le détecteur ATLAS est un détecteur généraliste constitué d'un détecteur de traces, d'un calorimètre électromagnétique, d'un calorimètre hadronique et d'un spectromètre à muon. Entièrement installé dans sa caverne, il a enregistré des données avec le premier faisceau du LHC en septembre 2008.<br />Une première partie de la thèse consiste dans le développement d'une stratégie d'analyse pour la mesure de la section efficace de production inclusive du boson $W$ avec les premières données d'ATLAS, maximisant l'utilisation des données par rapport aux simulations Monte-Carlo. Les principales sources d'incertitude systématique sont mises en évidence et étudiées: une précision sur la mesure meilleure que 10% sera accessible dès la première phase de l'expérience. Une seconde partie est consacrée à l'alignement en temps des canaux de lecture des calorimètres à argon liquide, étape nécessaire pour atteindre les performances nominales. Des constantes de temps sont calculées à partir des données enregistrées en septembre 2008: elles permettront d'assurer un alignement en temps à 2-3 ns de tous les canaux pour les premières collisions

Le LHC est un collisionneur de protons avec une énergie de 14 TeV dans le centre de masse, situé au CERN (Genève, Suisse). Les premières collisions sont attendues à l'été 2009. L'expérience ATLAS est l'une des deux expériences généralistes installées sur le LHC. L'énergie disponible ainsi que la haute luminosité de celui-ci permettra à l'expérience ATLAS de rechercher le boson de Higgs ainsi que d'autres nouvelles particules prédites par les modèles de physique au-delà du modèle standard.<br /><br />Les électrons occupent une place importante pour la mesure du modèle standard ainsi que la recherche de nouvelle physique. Ils procurent<br />également de nombreux indicateurs des performances du détecteur. D'autre part, avec 10**5 jets hadroniques attendus pour chaque électron, une sévère discrimination du bruit de fond est nécessaire.<br /><br />Dans cette thèse, la reconstruction et l'identification des électrons dans le détecteur ATLAS est présentée. Plusieurs variables sont étudiées pour rejeter le bruit de fond hadronique et électromagnétique tout en optimisant l'efficacité du signal. Les performances d'identification des électrons et de réjection du bruit de fond sont estimés dans un environement de détection potentiellement défavorable.<br /><br />La recherche de la supersymétrie est l'un des objectifs primaires de l'expérience ATLAS. Dans cette thèse, les signatures d'un modèle supersymétrique dans lequel les scalaires sont découplés sont étudiés. Le potentiel de découverte est quantifié. Les mesures réalisables, leurs bruits de fonds et leurs incertitudes sont investigués. Ces observables sont ensuite utilisées pour estimer le potentiel de détermination des paramètres du modèle au LHC.

Cette thèse s'intéresse à la recherche et à l'identification de nouveaux bosons neutres qui décroissent en deux électrons dans le détecteur ATLAS. Le Large Hadron Collider du Cern sera capable de produire des collisions de partons à une énergie correspond au seuil de production de Z' prédis dans un grand nombre de modèles théoriques. Cette particule pourrait alors être observée par le détecteur ATLAS. L'étude d'un Z' se décompose en deux parties, la mise en évidence d'une nouvelle résonance puis l'identification du type de particule et de la théorie sous-jacente. Si la découverte se fait en recherchant un déviation entre les prédictions du modèle standard et les données expérimentales, il est indispensable de s'intéresser à la phénoménologie du Z' pour contraindre les modèles théoriques. Ainsi, afin d'estimer le potentiel de découverte d'un Z' à ATLAS, la distribution en masse invariante diélectron a été étudiée pour différents modèles spécifiques de dimensions supplémentaires ou des modèles de grande unification. Pour conduire ces analyses, une paramétrisation qui rend compte de la forme du spectre indépendamment du modèle théorique a été développée. Les potentiels de découverte de Z' de grande unification ainsi obtenus ont été officiellement approuvés par la collaboration ATLAS et publiés. Au delà de ce travail d'estimation des potentiels de découverte, une analyse basée sur le spectre en rapidité a également été effectuée. Elle a permis de quantifier l'intérêt de cette observable pour la discrimination des modèles théoriques prédisant de nouvelles résonances de spin 1.

Le Modèle Standard de la physique des particules postule l'existence d'un champ doublet scalaire de Higgs, qui après brisure de symétrie électro-faible, donne lieu à la présence d'une particule scalaire neutre, le boson de Higgs. Les recherches directes par les expériences LEP imposent une masse de ce boson, s'il existe, supérieure à 114.5 GeV. Les mesures électro-faibles de précision, quant à elles, contraignent la masse du boson de Higgs, dans le Modèle Standard, à être inférieure à 144 GeV (95 % C.L.). Dans ce domaine de masse, la désintégration du boson de Higgs en deux photons est un des canaux les plus importants pour la recherche de ce boson dans le détecteur ATLAS. Ici, nous évaluons la possibilité d'étudier la production associée avec un boson Z ou W. Elle bénéficie d'un bon rapport signal sur bruit de fond et offre donc le potentiel d'être utilisé pour augmenter la signifiance statistique d'une possible découverte. Les processus de production associée permettront également la mesure des couplages du boson de Higgs aux bosons de l'interaction faible.

Le sujet de ma thèse recouvre deux aspects. En premier lieu, l'objectif était d'étudier et d'améliorer les méthodes de calcul à une boucle pour les corrections radiatives dans le cadre des théories de champs perturbatives. En second lieu, l'objectif était d'appliquer ces techniques pour calculer les effets dominants des corrections radiatives electrofaibles au processus important de production de Higgs associé à deux quarks bottom au LHC (Large Hadron Collider) du CERN. L'étude concerne le Higgs du Modèle Standard. <br /><br />Le premier objectif est d'importance plutôt théorique. Bien que la méthode générale pour le calcul à une boucle des corrections radiatives dans le modèle standard soit, en principe, bien compris par le biais de la renormalisation, il y a un certain nombre de difficultés techniques. Celles-ci sont liées aux intégrales de boucle. Pour les processus avec plus de 4 particules externes, les expressions d'amplitude obtenues en utilisant la méthode d'analyse sont <br />extrêmement lourdes et très difficiles à manipuler. Dans cette thèse, nous avons étudié ce problème et réalisé que tout le calcul peut être facilement optimisé si l'on utilise la méthode des amplitudes d'hélicité. Un autre problème est lié aux propriétés analytiques des intégrales scalaires. Une partie importante de cette thèse est consacrée à ce problème et à l'étude des équations de Landau. Nous avons trouvé des effets significatifs en raison de singularités de Landau dans le processus de production de Higgs associé à deux quarks bottom au LHC.<br /><br />Le deuxième objectif est d'ordre pratique avec des conséquences expérimentales. On peut résumer les résultats obtenus dans cette thèse comme suit. Si la masse du Higgs est d'environ 120GeV, la correction au premier ordre dominant est petite de l'ordre d'environ -4%. Si la masse de Higgs est d'environ 160GeV, seuil de production d'une paire de W par le Higgs, les corrections électrofaibles bénéficient du couplage fort du Yukawa du top et sont amplifiées par la singularité de Landau conduisant à une importante correction d'environ 50%.

Depuis 1994, j'ai travaillé dans les expériences OPAL et ALEPH au LEP puis dans l'expérience ATLAS au LHC. <br />Dans OPAL, j'ai travaillé sur la physique des mésons D*. J'ai contribué à la mesure de (Z0 c cbar)/ (Z0 hadrons), de l'énergie moyenne des D* xc D* et de la multiplicité moyenne du processus de division gluonique g c cbar, ng c cbar , dans les désintégrations hadroniques du Z0. Par la suite, j'ai travaillé sur la mesure de l'alignement du spin des mésons D*, puis avec George Lafferty, nous avons écrit un article sur les mesures d'alignement de spin des mésons vecteurs dans OPAL. Enfin, j'ai participé à la construction du détecteur Tile Endcap d'OPAL. Dans ALEPH, j'ai travaillé sur la mesure de la masse du W à LEP2. J'ai implémenté le canal e+e- WW q qbar dans l'analyse. J'ai dirigé le groupe Mesure de la masse du W semileptonique au sein d'ALEPH. Nous avons élaboré des méthodes d'ajustements pour déterminer la masse invariante, puis une méthode de repondération de données simulées pour extraire la masse du W à partir de la distribution de la masse invariante. Dans ATLAS, avec Georges Azuelos, nous avons publié un article sur la recherche du radion dans le modèle des dimensions supplémentaires de Randall et Sundrum. Ensuite, avec le thésard que je co-dirigeais, Christophe Le Maner, son directeur Luc Poggioli, et Elzbieta Richter-Was, nous avons publié un article sur la recherche du boson de Higgs produit par fusion bosonique faible avec le Higgs se désintégrant selon H WW l q qbar. Enfin, j'ai participé à l'analyse des données des divers tests en faisceau du SPS dont le but était d'étudier 4 des modules du calorimètre électromagnétique tonneau. J'ai contribué à l'élaboration d'un programme de monitorage, à l'optimisation du code et à la production des coefficients de filtrage optimal et j'ai effectué une étude de la diaphonie dans le détecteur avec son implémentation dans la détermination de ces derniers coefficients. J'ai aussi participé à la construction et au câblage d'un certain nombre de modules du calorimètre électromagnétique argon liquide. J'ai co-dirigé deux théses (C.LeManer: soutenue, F.Tarrade: en cours), et dirigé des étudiants en thèse (B.Raven, E.Thomson) et des étudiants d'été (M.Doucet, I.Trigger). J'ai enseigné au CEGEP au Québec, pendant ma thèse à l'Université de Montréal, puis au CNAM en France. J'ai participé à l'organisation d'un certain nombre de manifestations en physique des particules i.e. PAF, les Houches, Spin Workshop, semaine OPAL. J'ai été invitée à donner des séminaires dans des conférences internationales et nationales i.e. CIPANP2000, Hommage à Trân Thanh Vân, Rencontres du Vietnam. Je participe à des échanges avec d'autres pays : la Pologne et le Maroc. Je m'intéresse à la vulgarisation des sciences et viens de donner une conférence à l'Université de Tous les Savoirs sur la physique aux accélérateurs

La recherche du boson de Higgs implique une bonne uniformité de la réponse du calorimètre électromagnétique d'ATLAS pour l'étude de ses canaux leptoniques et photoniques.<br /><br /><br />Dans la première partie de cette thèse, j'ai développé un outil de monitorage fiable pour s'assurer de la qualité des données prises lors de ces tests, démontré que la procédure de production des coefficients de filtrage optimal comporte un artefact qui influe sur l'uniformité de la réponse en énergie d'un module et contribué à la mise en place d'un algorithme de remplacement des coefficients manquants.<br /><br /><br />La seconde partie concerne l'étude du canal q q H -> q q W W -> q q l nu j j pour un Higgs de 300 GeV/c2. Le résultat rapporte dans le TER ne permettait pas d'exploiter ce canal pour une découverte car les distributions du signal et des fonds se confondaient. Grâce à une nouvelle approche plus globale associée à une nouvelle coupure soir la masse du système Wj et à un relâchement de certaines coupures, j'ai montré que ce canal permet la découverte du boson de Higgs ainsi que la mesure du couplage H -> WW.