Ce manuscrit décrit les travaux d'interférométrie atomique que j'ai réalisés. Je commence par présenter quelques interféromètres atomiques et leurs applications, afin de situer nos travaux. Puis je décris l'interféromètre atomique que nous avons développé à Toulouse. Il s'agit d'un interféromètre de Mach-Zehnder, utilisant un jet thermique supersonique de lithium et la diffraction atomique par laser dans le régime de Bragg. Les deux bras de l'interféromètre sont séparés spatialement, avec une distance maximale voisine de 100 ¹. Les excellentes performances, avec une visibilité des franges atomiques atteignant 84.5 % et un signal intense, mènent à une sensibilité en phase de 15 mrad/ p Hz. Nous avons utilisé cet interféromètre pour plusieurs expériences, en appliquant une perturbation sur un seul des deux bras de l'interféromètre. Si la perturbation est un champ électrique, nous mesurons la polarisabilité électrique du lithium, avec une incertitude 3 fois plus petite que la meilleure mesure antérieure. Si la perturbation est un gaz sous faible pression, nous mesurons l'indice de réfraction complexe de ce gaz pour une onde atomique de lithium. Si la perturbation est un nanoréseau, nous mesurons l'amplitude complexe de diffraction dans l'ordre zéro et cette amplitude est très sensible à l'interaction de van der Waals entre l'atome de lithium et la surface du réseau. Une partie importante de ce manuscrit concerne les perspectives. Nous discutons des améliorations pour la mesure de la polarisabilité électrique de l'atome de lithium et nous espérons atteindre une précision suffisante pour tester les meilleurs calculs ab initio de cette quantité. Une autre application envisagée concerne une mise en évidence d'une nouvelle phase géométrique, prédite par la théorie en 1993, mais jamais observée jusqu'à présent. Enfin, nous souhaitons développer un interféromètre de deuxième génération, avec un jet de lithium ralenti et très intense. Cette nouvelle source augmentera le signal produit et le temps d'interaction, ce qui devrait permettre de détecter des perturbations beaucoup plus petites: une application particulièrement intéressante de ce nouvel interféromètre atomique est le test de la neutralité électrique des atomes, avec une sensibilité fortement améliorée.

Cette thèse décrit la réalisation d'un interféromètre atomique de Mach-Zehnder utilisant le lithium. Cet appareil est constitué de trois réseaux de diffraction formés d'ondes stationnaires laser, quasi-résonantes avec la première transition de résonance du lithium. Le processus de diffraction utilise le régime de Bragg, pour lequel un seul ordre de diffraction est autorisé, et il s'agit d'une diffraction élastique qui conserve l'énergie cinétique de l'atome, modifie son impulsion, sans changement de son état interne. Grâce à une importante collimation du jet atomique qui sert de source, les deux chemins atomiques qui interfèrent sont spatialement séparés, ce qui permettra d'introduire une perturbation sur un seul des deux chemins atomiques. Les premières figures d'interférences obtenues avec cet appareil sont présentées dans cette thèse. Ces résultats permettent d'attendre une très grande sensibilité en phase de l'interféromètre car les franges enregistrées sont très contrastées et le flux moyen est assez élevé. On trouvera, dans la première partie de cette thèse, une introduction historique présentant les avancées faites dans le domaine de la manipulation des atomes par la lumière et plus particulièrement en interférométrie atomique. Après une discussion théorique des principes mis en jeu dans cet interféromètre, le montage expérimental est décrit en détail, avec une attention particulière portée au fonctionnement du détecteur. Ensuite, les résultats des premières expériences sont présentés et analysés. Enfin, trois mesures prévues avec cet appareil sont discutées : la mesure de l'indice de réfraction d'un gaz pour une onde atomique, celle de la polarisabilité électrique statique du lithium et un test de la neutralité des atomes de lithium.

Nous avons réalisé une étude du comportement des processus de production inclusive de jets et de production associée d'un boson vecteur faible et de jets du point de vue phénoménologique et expérimental dans le cadre de l'expérience ATLAS au LHC pour comprendre quel est l'impact des logarithmes de Sudakov dans les corrections electrofaibles et lors de la production associée de bosons vecteurs faibles et de jets au LHC. En particulier l'étude des corrections électrofaibles au processus de production inclusive de jets, du fait de l'émission de bosons faibles réels par les quarks a été réalisée à 7TeV, 8TeV et 14TeV à l'aide des générateurs MCFM et NLOjet++. Cette étude a permis de mettre en évidence, pour la mesure de la section efficace de production inclusive de jets, l'annulation partielle des corrections virtuelles électrofaibles (dans le cas où les bosons faibles interviennent dans les boucles) lorsque les corrections électrofaibles avec émission réelle de bosons faibles sont ajoutées. L'annulation de Bloch-Nordsieck est donc partiellement rétablie pour ce processus. Nous avons ensuite participé à la mesure des sections efficaces de production inclusive de jets et de production associée d'un boson vecteur avec au moins un jet, à une énergie de 7TeV dans le centre de masse de collision de protons avec l'expérience ATLAS au LHC. Nous avons, dans le cadre de ces mesures, étudié le bruit de fond QCD pour le processus W+jets dans le canal muonique. Les résultats obtenus dans le canal muonique ont ensuite été combinés et comparés afin de mettre en évidence le comportement des corrections électrofaibles liées à l' émission réelle d'un boson faible par les jets. En particulier, cette étude semble mettre en avant la présence de plusieurs effets qui augmentent la section efficace différentielle de production associée d'un boson faible et de jets. Cette étude est une étude préliminaire dont le but est de mettre en évidence l'intérêt de comparer les processus de production associée étudiés dans cette thèse avec les processus purement hadroniques. Finalement, une étude exhaustive des bruits de fond détecteur affectant le calorimètre électromagnétique a été réalisée. Cette étude a permis le développement d'une nouvelle méthode de détection temporelle et spatiale dans le but de détecter en toute circonstance la présence de tels bruits de fond dans les données. Nous présentons cette méthode dans une partie dédiée.