University, Diss., 2004--München.

Leptoquarks are hypothetical particles that attempt to explain the coincidental similarities between leptons and quarks included in SM. Their exact properties vary between different theoretical models, and there are no strong theoretical constraints on their possible mass values. They can possibly be produced from particle collisions, and there have already been searching efforts at previous collider experiments. Their presence have yet been observed, and this fact has been translated into lower bound exclusions on their possible mass values. The Large Hadron Collider (LHC) being the most recently constructed particle collider with the highest collision energies ever achieved experimentally, provides a new platform to continue the search for Leptoquarks at even higher mass ranges. This thesis describes a search for pair-produced second-generation Leptoquarks using 20.3 fb−1 of data recorded by the ATLAS detector of LHC at √s = 8 TeV. Events with two oppositely charged muons and two or more jets in the final state were used. Candidate leptoquark events were selected with the help of four observables: the di-muon invariant mass (Mμμ ), the sum of the pT of the two muons (LT ), the sum of the pT of the two leading jets (HT ) and the average Leptoquark mass (MLQ ). Monte Carlo simulations of SM background processes have shown to be in good agreement with data, both in the region constructed using selection requirements for candiate leptoquark events and in the designated control regions. Since no significant excess of events was observed in data, a exclusion limit was set as a function of the Leptoquark mass. / Leptoquarks sind hypothetische Teilchen, mit deren Hilfe versucht wird die zufälligen Ähnlichkeiten zwischen den im Standardmodell enthaltenen Leptonen und Quarks zu erkl� ären. Ihre exakten Eigenschaften variieren zwischen verschiedenen theoretischen Modellen und es gibt keine starken theoretischen Beschr� änkungen auf ihre möglichen Massen. Sie können wohl bei Teilchenkollisionen erzeugt werden und es gab bereits an früheren Beschleuniger-Experimenten Bem� ühungen bei der Suche nach ihnen. Ihre Existenz konnte bisher nicht beobachtet werden, was in untere Ausschlussgrenzen f� ür m� ögliche Massen übertragen wurde. Der zuletzt gebaute Teilchenbeschleuniger, der Large Hadron Collider (LHC) erreicht die bisher höchsten Kollisionsenergien und bietet damit eine neue Grundlage, um die Suche nach Leptoquarks bei noch höheren Massenregionen fortzusetzen. (...)

Universiẗat, Diss., 2000--Freiburg (Breisgau).

Cette thèse est dédiée à l’étude de la violation CP dans les processus ūd→tb̄ e⁻ μ⁻ et W⁻→ l-1 l-2 (q′¯ q)⁺. Il y a des expériences qui cherchent à identifier ces processus au grand collisionneur de hadrons, ou LHC (Large Hadron Collider). Une conséquence de l’observation de ces désintégrations impliquait une brisure de la conservation du nombre leptonique, car ∆L = 2. Si le neutrino est de type Majorana, il est sa propre antiparticule et on peut observer la double désintégration bêta sans émission de neutrino (0νββ). Ce processus est caractérisé par ∆L = 2. Si nous observons des processus similaires à 0νββ, ∆L = 2, au LHC, il y a aussi la possibilité de chercher la violation CP. La mesure de ce type de violation CP nous donnerait des informations sur de la Nouvelle Physique (NP) qui ne pourraient pas être facilement obtenues autrement. Il existe trois types de violation CP : directe, indirecte et cinématique (produit triple). Ce travail relève essentiellement mes études sur deux processus de violation CP, l’un direct et l’autre produit triple. Elles sont présentées dans deux articles qui sont inclus dans cette thèse. Le premier article est consacré au produit triple dans le processus : ūd→tb̄ e⁻ μ⁻ . Le modèle que nous avons considéré n’implique pas de neutrino de Majorana. À l’aide de MadGraph, nous avons étudié la violation CP pour les deux processus mentionnés pour deux versions du LHC, haute luminosité HL-LHC (14 TeV) et haute énergie HE-LHC (27 TeV),et pour un futur collisionneur FCC-hh (100 TeV). Nous trouvons que le produit triple n’est pas mesurable au HL-LHC, peut être mesurable au HE-LHC, et est certainement mesurable au FCC-hh. Dans le deuxième article, nous avons examiné comment générer la violation CP avec des neutrinos droitiers. Le deuxième article porte sur l’étude de la violation CP directe dans la désintégration W⁻→ l-1 l-2 (q′¯ q)⁺ en impliquant deux neutrinos N1 et N 2. Nous avons trouvé que la valeur de l’asymétrie CP peut être mesurée avec une précision de 3σ et que 0.1% ≤ ACP ≤ 10%. / This thesis is dedicated to the study of CP violation in these processes ūd→tb̄ e⁻ μ⁻ et W⁻→ l-1 l-2 (q′¯ q)⁺. There are experiments which search to identify these processes at the "Large Hadron Collider" (LHC). The outcome of the observation of these decays would imply violation of lepton number conservation, ∆L = 2. If the neutrino is a Majorana particle, it is its own antiparticle and we can observe processes that violate the conservation of the lepton number, ∆L = 2. The neutrinoless double beta decay (0νββ), is a process which is characterized by ∆L = 2, occurs when the neutrinos are Majorana particles. If we observe 0νββ-like processes at the LHC, there is also the possibility of looking for CP violation. Measuring this type of CP violation would give us information about New Physics that could not be easily obtained using other methods. There are three types of CP violation, namely: direct, indirect and kinematic (triple product). This research presents studies concerning direct and triple product CP violation. The first paper is devoted to triple products in the process: ūd→tb̄ e⁻ μ⁻. In addition, the model considered does not involve a Majorana neutrino. Using MadGraph, we have numerically studied and evaluated the CP violation for the two mentioned processes for three types of accelerators: high luminosity HL-LHC (14 TeV), high energy HE-LHC (27 TeV) and for a future FCC-hh collider (100 TeV). We found that the triple product is not measurable at the HL-LHC, may be measurable at HE-LHC, and is certainly measurable at FCC-hh. In the second article, we investigated to see how to generate CP violation with right-handed neutrinos. The second article is on the study of direct CP violation the decay W⁻→ l-1 l-2 (q′¯ q)⁺ by involving two neutrinos N1and N2. It is also observed that the value of CP asymmetry can be measured with an accuracy of 3σ and as 0.1% ≤ ACP ≤ 10%.

Même si le modèle standard de la physique des particules est en parfait accord avec les mesures expérimentales, il n'est certainement pas la théorie ultime décrivant les particules et leurs interactions. Des signaux de nouvelle physique, pouvant être dus à la production par paire de leptoquarks se désintégrant en un quark et un neutrino ou à la production par paire de stops se désintégrant en un quark charmé et un neutralino (supposé être la particule supersymétrique la plus légère), ont été recherchés dans la topologie à jets et énergie transverse manquante. Ces recherches ont été effectuées avec le détecteur D0 situé auprès du collisionneur hadronique TeVatron dont l'énergie dans le centre de masse est de 1.96 TeV.<br />Ce type de recherche nécessite une bonne compréhension de la mesure de l'énergie des jets. La détermination de l'échelle relative d'énergie des jets a permis de réduire les erreurs systématiques liées à la mesure de l'énergie des jets lorsque l'on compare les données et la simulation. De plus, une nouvelle méthode de correction des jets simulés a été développée pour tenir compte des différences d'échelle d'énergie, de résolution en énergie et d'efficacité de reconstruction des jets entre les données et la simulation. <br />L'analyse des données, effectuée avec une luminosité intégrée de 310 pb$^{-1}$, n'a pas permis de mettre en évidence un excès. Cette absence de signal est interprétée en terme de limite sur la masse des particules : les leptoquarks de masse inférieure à 136 GeV et les stops de masse inférieure à 131 GeV, pour une masse de neutralino égale à 46 GeV, sont exclus avec un niveau de confiance de 95%.

I present the results of a search for pair production of scalar top quarks (~t1) in an R-parity violating supersymmetric scenario using 322 pb_1 of pp collisions at ps = 1.96 TeV collected by the upgraded Collider Detector at Fermilab. I assume each ~t1 decays into a tau lepton and a b quark, with branching ratio B, and search for final states containing either an electron or a muon from a leptonic tau decay, a hadronically decaying tau lepton, and two or more jets. Two candidate events pass my final selection criteria, consistent with the expectation from standard model processes. I present upper limits on the cross section times branching ratio squared (~t1~t1)B2 as a function of the stop mass m(~t1). Assuming B = 1, I set a 95% confidence level limit m(~t1) > 153 GeV=c2. These limits are also fully applicable to the case of a pair produced third generation scalar leptoquark that decays into a tau lepton and a b quark.

La recherche indirecte des effets de la physique au-delà du Modèle Standard à travers les processus de la saveur est complémentaire aux efforts au LHC pour observer directement la nouvelle physique. Dans cette thèse nous discutons plusieurs scénarios au-delà du Modèle Standard (a) en utilisant une approche basée sur les théories de champs effective et (b) en considérant des extensions explicites du Modèle Standard, à savoir les modèles à deux doublets de Higgs et les scénarios postulant l'existence des bosons leptoquarks scalaires à basse énergie. En particulier, nous discutons le phénomène de la brisure de l'universalité des couplages leptoniques dans les désintégrations basées sur les transitions b → sℓℓ et b → cτν, et la possibilité de chercher les signatures de la violation de la saveur leptonique à travers les modes de désintégration similaires. Une proposition pour tester la présence d'un boson pseudoscalaire léger à travers les désintégrations des quarkonia est aussi présentée. / Indirect searches of physics beyond the Standard Model through flavor physics processes at low energies are complementary to the ongoing efforts at the LHC to observe the New Physic phenomena directly. In this thesis we discuss several scenarios of physics beyond the Standard Model by (a) reusing the effective field theory approach and (b) by considering explicit extensions of the Standard Model, namely the two-Higgs doublet models and the scenarios involving the low energy scalar leptoquark states. Particular emphasis is devoted to the issue of the lepton flavor universality violation in the exclusive decays based on b → sℓℓ and b → cτν, and to the possibility of searching for signs of lepton flavor violation through similar decay modes. A proposal for testing the presence of the light CP-odd Higgs through quarkonia decays is also made.

One of the dominant backgrounds in new physics searches at the Large Hadron Collider comes from the leptonic decays of Standard Model W and Z bosons recoiling off jets associated with the underlying event. The ratio of the W+jets and Z+jets cross sections, Rn, is predicted with high precision due to the similar masses and production mechanisms of the W and Z bosons. Any significant departures of Rn from predicted values would be an indication of new physics. This thesis studies a strategy to enhance the sensitivity of Rn to a specific type of signal. A measurement of the ratio Rn is presented, and its sensitivity to pair production of top quarks and leptoquarks is studied. Using a set of topology-discriminating variables, based upon calorimeter topoclusters, the sensitivity of Rn to top quark and leptoquark signals is enhanced using multivariate analysis techniques. / Graduate