Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La recherche du Boson de Higgs du modèle standard produit en association avec un boson Z dans le canal ZH → e+e- bbˉ a été présentée. Cette étude a été réalisée avec 4.2 fb-1 de données collectées avec le détecteur DØ auprès du Tevatron. Aucun excès de donnée n'a été observé. Une limite sur la section efficace de production du processus ZH → e+e- bbˉ a été établie à 95% CL. / A search for a standard model Higgs boson in the ZH → e+e- bbˉ channel is presented using 4.2 fb-1 of data the DØ detector at the Tevatron. No excess of data have been found. A 95% CL limit on the ZH → e+e- bbˉ cross section production have been set.

Dans le Modèle Standard de la Physique des Particules, le boson de Higgs permet de générer la masse des particules élémentaires. Les contraintes théoriques et expérimentales actuels imposent au boson de Higgs d'avoir une masse comprise entre 114.4 et 158 GeV à 95% de niveau de confiance. Ces résultats confortent la recherche du boson de Higgs à basse masse dans la fenêtre encore ouverte.Le détecteur Dø est situé près de Chicago, au Tevatron, collisionneur protons-antiprotons avec une énergie dans le centre de masse de 1.96 TeV. le sujet de cette thèse est la recherche du boson de Higgs produit en association avec le boson Z. C'est un canal sensible au boson de Higgs de basse masse (<135 GeV) qui a un rapport avec le branchement H -> bb de l'ordre de 80% dans cette région en masse. Le canal d'étude ZH → nunubb a un état final composé de 2 jets de saveurs lourdes et de l'énergie transverse manquante emportée par les neutrinos.L'identification des jets de saveur lourde est réalisée à l'aide d'un nouvel algorithme que l'on a développé (SLTNN) : la méthode est basée sur la désintégration semi-leptonique des quarks b.L'analyse de recherche du boson de Higgs a été menée avec 3 fb-1 de données. L'utilisation de SLTNN a permis d'améliorer de 10% l'efficacité d'identification de boson de Higgs. En revanche, la sensibilité globale de l'analyse, une fois les bruits de fonds et erreurs systématiques prises en compte, est très peu améliorée. / In the Standard Model of particle physics, the Higgs boson generates elementary particles mass. Current theoretical and experimental constraints leads of a Higgs boson mass between 114.4 and 158 GeV with 95% confidence level. Moreover, Tevatron has recently excluded the mass window between 100 et 109 GeV with 95% confidence level. These results gives a clear indication search Higgs boson at low mass. Dø detector is located close to Chicago, at Tevatron, proton-antiproton collider with an energy in the center of mass 1.96 TeV. the topic of this thesis is the search of Higgs boson associated to a Z boson. It is a sensitive channel to low mass Higgs boson (<135 Gev) which has a branching ratio close to 80% in this mass range. The decay channel ZH → nunubb has in the final state 2 heavy-flavor jets and missing transverse energy due to neutrinos.The heavy-flavor jets identification is done thanks a new algorithm we have developped (SLTNN) : the method is based on semi-leptonic decay of b quarks.the Higgs boson search analysis was done with 3 fb-1 of data. The use of SLTNN permits to increase by 10% of Higgs boson tagging efficiency. On the other hand, global analysis sensitivity improvement, after taking into account the backgrounds and systematic errors, is low

Le document résume dix années d'activités dans le domaine de la physique des particules expérimentale, postérieures à ma soutenance de thèse en 1999. Après une courte introduction rappelant mon parcours et mon travail de thèse, le premier chapitre décrit une analyse effectuée après ma thèse dans l'expérience ALEPH au LEP, concernant la mesure des corrélations de Bose -Einstein dans les désintégrations de paires de bosons W, avec une méthode de mélange d'évènements. L'essentiel du manuscrit est toutefois dédié au travail effectué dans l'expérience ATLAS auprès du LHC entre les années 2000 et 2010. Quatre volets principaux sont abordés: la description d'une analyse prospective sur de possibles recherches de désintégrations supersymétriques du quark top violant la R-parité; la mise au point d'un banc de test pour l'électronique frontale du calorimètre hadronique à tuiles scintillantes et l'installation de cette électronique au sein d'ATLAS; la construction du détecteur à rayonnement de transition et l'installation de l'électronique frontale des bouchons; et enfin les activités de software concernant la reconstruction des photons convertis. Le dernier chapitre avant la conclusion résume mes activités d'enseignement, d'encadrement et de communication scientifique.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Après la découverte du boson de Higgs par les expériences ATLAS et CMS au LHC, annoncée le 4 juillet 2012 au CERN, l'heure est maintenant à la mesure des propriétés de cette nouvelle particule pour vérifier sa compatibilité avec le boson scalaire prédit par le Modèle Standard. Son couplage aux autres particules est une mesure importante car toute déviation par rapport à la valeur prédite par la théorie peut être le signe d'une nouvelle physique, au-delà du Modèle Standard. Cette thèse présente la mesure des couplages du boson de Higgs dans son mode de désintégration en deux photons, utilisant l'ensemble des données collectées en 2011 (4.5 fb^{-1} à 7 TeV) et 2012 (20.3 fb^{-1} à 8 TeV) par le détecteur ATLAS. Les événements sont classifiés en fonction des objets produits en association avec le Higgs : deux jets pour la production VBF, lepton et énergie transverse manquante pour le higgsstrahlung (WH et ZH) et jets de b pour le ttH, les événements restants étant produits majoritairement par le processus de production dominant ggH. L'impact de la modélisation du moment transverse du Higgs, dans son mode de production par fusion de gluons, est aussi estimé. Les derniers développements théoriques dans ce domaine permettent d'atteindre une précision à l'ordre NNLO+NNLL (QCD), avec la prise en compte de l'effet des masses finies des quarks top et bottom dans la boucle jusqu'à l'ordre NLO+NLL, implémentée dans le programme HRes. Une méthode de pondération est dérivée pour prendre en compte ces dernières avancées, en prenant en compte la corrélation avec le nombre de jets. Les résultats finaux sont en bon accord avec les prédictions du Modèle Standard, en prenant en compte les barres d'erreur. A la masse mesurée par la combinaison des canaux diphoton et quatre leptons dans ATLAS, mH = 125.4 +/- 0.4 GeV, la section efficace totale ramenée à celle attendue par le Modèle Standard est : mu = 1.17^{+0.28}_{-0.25} = 1.17 +/- 0.23(stat) ^{+0.10}_{-0.08}(syst) ^{+0.12}_{-0.08}(théorie) et le rapport du nombre d'événements mesurés pour chaque mode de production à celui prédit par le Modèle Standard est : mu_ggH = 1.32 +/- 0.32(stat.) ^{+0.13}_{-0.09}(syst.) ^{+0.19}_{-0.11}(théorie) ; mu_VBF = 0.8 +/- 0.7(stat.) ^{+0.2}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.3}(théorie) ; mu_WH = 1.0 +/- 1.5(stat.) ^{+0.3}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.1}(théorie) ; mu_ZH = 0.1 ^{+3.6}_{-0.1}(stat.) ^{+0.7}_{-0.0}(syst.) ^{+0.1}_{-0.0}(théorie) ; mu_ttH = 1.6 ^{+2.6}_{-1.8}(stat.) ^{+0.6}_{-0.4}(syst.} ^{+0.5}_{-0.2}(théorie) / After the Higgs boson discovery in the first LHC data, the focus is now on its properties measurement. Among these properties, its couplings are of particular importance since any deviation from the expected value can be an indication of new physics, beyond the Standard Model. This thesis is oriented towards the Higgs couplings measurements with the ATLAS experiment, using the diphoton decay channel. Selected diphoton events are classified into different categories to disentangle the five Higgs production modes by tagging the objects produced in association with the Higgs boson: two jets for the VBF production mode, lepton and missing transverse energy for the higgsstrahlung (WH and ZH), b-jets for ttH, the remaining events being mostly produced via the dominant production mode ggH. The impact of the Higgs pT modelling in the ggH production mode is also investigated. Theoretical developments provide predictions of the pT shape at NNLO+NNLL accuracy, including top and bottom mass effects in the loop up to NLO+NLL, implemented in the HRes program. A reweighting technique to take into account these latest theoretical improvements is derived, taking into consideration the correlation with the number of jets. Its impact on the final measurement is estimated to be of the order of a few percent. The final couplings results, measured at the Higgs mass obtained by the combination of the H->gamma gamma and H->ZZ*->4l channels in ATLAS (mH = 125.4 +/- 0.4 GeV) do not show any statistically significant deviation from the Standard Model. The observed signal strength mu = sigma^{obs} / sigma^{exp} is found to be: mu = 1.17^{+0.28}_{-0.25} = 1.17 +/- 0.23(stat) ^{+0.10}_{-0.08}(syst) ^{+0.12}_{-0.08}(theory). The ratio of the observed number of events in each production mode to the expected ones are measured at: mu_ggH = 1.32 +/- 0.32(stat.) ^{+0.13}_{-0.09}(syst.) ^{+0.19}_{-0.11}(theory) ; mu_VBF = 0.8 +/- 0.7(stat.) ^{+0.2}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.3}(theory) ; mu_WH = 1.0 +/- 1.5(stat.) ^{+0.3}_{-0.1}(syst.) ^{+0.2}_{-0.1}(theory) ; mu_ZH = 0.1 ^{+3.6}_{-0.1}(stat.) ^{+0.7}_{-0.0}(syst.) ^{+0.1}_{-0.0}(theory) ; mu_ttH = 1.6 ^{+2.6}_{-1.8}(stat.) ^{+0.6}_{-0.4}(syst.} ^{+0.5}_{-0.2}(theory)

Cette thèse, conduite dans le contexte de la recherche du boson de Higgs, dernière pièce manquante du mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible et qui est une des plus importantes recherches auprès des collisionneurs hadroniques actuels, traite de la phénoménologie de ce boson à la fois dans le Modèle Standard (SM) et dans son extension supersymétrique minimale (MSSM). Après un résumé de ce qui constitue le Modèle Standard dans une première partie, nous présenterons nos prédictions pour la section efficace inclusive de production du boson de Higgs dans ses principaux canaux de production auprès des deux collisionneurs hadroniques actuels que sont le Tevatron au Fermilab et le grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN, en commençant par le cas du Modèle Standard. Le principal résultat présenté est l'étude la plus exhaustive possible des différentes sources d'incertitudes théoriques qui pèsent sur le calcul : les incertitudes d'échelles vues comme une mesure de notre ignorance des termes d'ordre supérieur dans un calcul perturbatif à un ordre donné, les incertitudes reliées aux fonctions de distribution de partons dans le proton/l'anti--proton (PDF) ainsi que les incertitudes reliées à la valeur de la constante de couplage fort, et enfin les incertitudes provenant de l'utilisation d'une théorie effective qui simplifie le calcul des ordres supérieurs dans la section efficace de production. Dans un second temps nous étudierons les rapports de branchement de la désintégration du boson de Higgs en donnant ici aussi les incertitudes théoriques qui pèsent sur le calcul. Nous poursuivrons par la combinaison des sections efficaces de production avec le calcul portant sur la désintégration du boson de Higgs, pour un canal spécifique, montrant quelles en sont les conséquences intéressantes sur l'incertitude théorique totale. Ceci nous amènera à un résultat significatif de la thèse qui est la comparaison avec l'expérience et notamment les résultats des recherches du boson de Higgs au Tevatron. Nous irons ensuite au-delà du Modèle Standard dans une troisième partie où nous donnerons quelques ingrédients sur la supersymétrie et sa mise en application dans le MSSM où nous avons cinq bosons de Higgs, puis nous aborderons leur production et désintégration en se focalisant sur les deux canaux de production principaux par fusion de gluon et fusion de quarks $b$. Nous présenterons les résultats significatifs quant à la comparaison avec aussi bien le Tevatron que les résultats très récents d'ATLAS et CMS au LHC qui nous permettront d'analyser l'impact de ces incertitudes sur l'espace des paramètres du MSSM, sans oublier de mentionner quelques bruits de fond du signal des bosons de Higgs. Tout ceci va nous permettre de mettre en avant le deuxième résultat très important de la thèse, ouvrant une nouvelle voie de recherche pour le boson de Higgs standard au LHC. La dernière partie sera consacrée aux perspectives de ce travail et notamment donnera quelques résultats préliminaires dans le cadre d'une étude exclusive, d'un intérêt primordial pour les expérimentateurs. / This thesis has been conducted in the context of one of the utmost important searches at current hadron colliders, that is the search for the Higgs boson, the remnant of the electroweak symmetry breaking. We wish to study the phenomenology of the Higgs boson in both the Standard Model (SM) framework and its minimal Supersymmetric extension (MSSM). After a review of the Standard Model in a first part and of the key reasons and ingredients for the supersymmetry in general and the MSSM in particular in a third part, we will present the calculation of the inclusive production cross sections of the Higgs boson in the main channels at the two current hadron colliders that are the Fermilab Tevatron collider and the CERN Large Hadron Collider (LHC), starting by the SM case in the second part and presenting the MSSM results, where we have five Higgs bosons and focusing on the two main production channels that are the gluon gluon fusion and the bottom quarks fusion, in the fourth part. The main output of this calculation is the extensive study of the various theoretical uncertainties that affect the predictions: the scale uncertainties which probe our ignorance of the higher–order terms in a fixed order perturbative calculation, the parton distribution functions (PDF) uncertainties and its related uncertainties from the value of the strong coupling constant, and the uncertainties coming from the use of an effective field theory to simplify the hard calculation. We then move on to the study of the Higgs decay branching ratios which are also affected by diverse uncertainties. We will present the combination of the production cross sections and decay branching fractions in some specific cases which will show interesting consequences on the total theoretical uncertainties. We move on to present the results confronted to experiments and show that the theoretical uncertainties have a significant impact on the inferred limits either in the SM search for the Higgs boson or on the MSSM parameter space, including some assessments about SM backgrounds to the Higgs production and how they are affected by theoretical uncertainties. One significant result will also come out of the MSSM analysis and open a novel strategy search for the Standard Higgs boson at the LHC. We finally present in the last part some preliminary results of this study in the case of exclusive production which is of utmost interest for the experimentalists.

Le 4 Juillet 2012, la découverte d'une nouvelle particule scalaire d'une masse de l’ordre de 125 GeV a été annoncée par les collaborations ATLAS et CMS.Une nouvelle ère s'annonce : celle au cours de laquelle il faudra déterminer précisément les propriétés de cette nouvelle particule.Cela est crucial afin d'établir si cette particule est bien la trace du mécanisme responsable de la brisure de la symétrie du secteur électro-faible. Cela permettrait aussi de repérer tout élément susceptible d'être associé à une « nouvelle physique » dans le cas où le mécanisme de brisure ferait intervenir des ingrédients autres que ceux prédits par le Modèle Standard.Dans cette thèse, nous avons essayé de comprendre et de caractériser jusqu’à quel point ce nouveau champ scalaire est le boson de Higgs prédit par le Modèle Standard. Nous avons établi les applications d'une telle découverte dans le contexte de théories supersymétriques et de modèles décrivant la matière noire.Dans une première partie consacrée au Modèle Standard de la physique des particules, nous étudions après une courte introduction au domaine, le processus de production d'une paire de bosons de Higgs au LHC. Un résultat majeur est que ce mode de production permettra de mesurer le couplage trilinéaire du Higgs qui est un paramètre essentiel à mesurer afin de reconstruire le potentiel du Higgs et donc représente la dernière vérification à effectuer pour confirmer l'origine de la brisure spontanée de la symétrie électro-faible.La deuxième partie traite des théories supersymétriques. Après une introduction au sujet, un de nos importants résultats est d'avoir fortement contraint un certain nombre de modèles supersymétriques après la découverte du boson de Higgs. Nous avons aussi introduit une nouvelle approche qui permet aux physiciens expérimentateurs de rechercher de manière efficace les bosons de Higgs supersymétriques dans les expériences actuelles et futures du LHC.La troisième partie concerne la matière noire. Nous présentons des résultats qui établis-sent d'importantes limitations sur des modèles où la matière noire interagirait avec le boson de Higgs. Nous discutons aussi de scénarios alternatifs qui font intervenir de la matière noire hors équilibre avec le bain thermique. Dans un premier temps nous dé-montrons qu'il existe un lien étroit entre la température de réchauffement de l'univers et le schéma de brisure du groupe de jauge du Modèle Standard et dans un deuxième temps nous étudions la genèse de matière noire par l'intermédiaire de nouveaux bosons Z’. / On the 4th of July 2012, the discovery of a new scalar particle with a mass of order 125 GeV was announced by the ATLAS and CMS collaborations. An important era is now opening: the precise determination of the properties of the produced particle. This is of extreme importance in order to establish that this particle is indeed the relic of the mechanism responsible for the electroweak symmetry breaking and to pin down effects of new physics if additional ingredients beyond those of the Standard Model are involved in the symmetry breaking mechanism. In this thesis we have tried to understand and characterize to which extent this new scalar field is the Standard Model Higgs Boson and set the implications of this discovery in the context of Supersymmetric theories and dark matter models.In a first part devoted to the Standard Model of particle physics, we discuss the Higgs pair production processes at the LHC and the main output of our results is that they al-low for the determination of the trilinear Higgs self-coupling which represents a first important step towards the reconstruction of the Higgs potential and thus the final verifica-tion of the Higgs mechanism as the origin of electroweak symmetry breaking.The second part is about Supersymmetric theories. After a review of the topics one of our result is to set strong restrictions on Supersymmetric models after the Higgs discov-ery. We also introduce a new approach which would allow experimentalists to efficiently look for supersymmetric heavy Higgs bosons at current and next LHC runs.The third part concerns dark matter. We present results which give strong constraints on Higgs-portal models. We finally discuss alternative non-thermal dark matter scenario. Firstly, we demonstrate that there exists a tight link between the reheating temperature and the scheme of the Standard Model gauge group breaking and secondly we study the genesis of dark matter by a Z’ portal.