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%.

L'origine de la brisure de la symétrie électrofaible est une des questions qui reste en suspens en ce début de XXIe siècle. Imaginé dans les années 60, le mécanisme de Higgs offre une solution théorique à ce problème tout en prédisant une nouvelle particule, le boson de Higgs, non encore découverte à ce jour.<br />Celui-ci a été recherché avec le détecteur D0 auprès du collisionneur hadronique Tevatron dont l'énergie dans le centre de masse est de 1.96 TeV. Le canal d'analyse choisi est $ZH\to\nunub\bbb$.<br />Afin de mener à bien cette recherche, une optimisation des conditions de déclenchement spécifiques aux signaux dont l'état final est constitué de jets et énergie transverse manquante a été effectuée. De plus, un outil a été mis au point pour en mesurer les efficacités.<br />Une détermination précise de l'énergie des jets est également un ingrédient indispensable de cette recherche. Une méthode a donc été développée afin de corriger les jets simulés des différences d'échelle d'énergie, de résolution en énergie et d'efficacité de reconstruction entre les données et la simulation.<br />L'analyse des données, effectuée avec une luminosité intégrée de 2.1 fb$^{-1}$, n'a pas permis de mettre en évidence un signal. Pour un boson de Higgs de masse égale à 115 GeV, une limite à 95\% de niveau de confiance a été déterminée sur la section efficace multipliée par le rapport de branchement de $(p\bar{p}\to H(Z/W))\times(H\to b\bar{b})$. Elle est 7.5 fois plus grande que la valeur prédite par le Modèle Standard.

Le quark top, dont la masse est de l'ordre de grandeur de l'échelle de brisure de la symétrie électrofaible, est de loin la particule élémentaire la plus lourde connue à ce jour. Cette propriété laisse penser qu'une éventuelle physique au-delà du modèle standard devrait se manifester d'abord dans le secteur du top. Le Tevatron est, actuellement, le seul accélérateur pouvant produire le quark top. Parmi tous les processus de production du top dans le modèle standard, ceux de production de paire top-antitop par interaction forte, observés pour la première fois en 1995, ont les sections efficaces les plus importantes. Les processus de production par interaction faible (encore appelés single top), plus difficile à mettre en évidence car de sections efficaces plus faibles et avec un rapport signal/bruit moins favorable, n'ont jamais été observés. Leur intérêt théorique est considérable puisqu'ils permettront de tester la théorie électrofaible dans le secteur où elle est le moins bien connue. Ces processus ont été recherchés dans cette thèse en étudiant les collisions proton-antiproton à sqrt(s)=1.96 TeV produites par le Tevatron, et enregistrées grâce au détecteur D0. L'étude expérimentale du quark top dépend de manière cruciale de la qualité des données recueillies dans le calorimètre. Ce dernier présentait, au début du Run II, des problèmes de bruit assez importants. Après avoir identifié l'origine du bruit, des traitements au niveau de la reconstruction hors-ligne ont été mis en œuvre et leurs effets étudiés. Il a ainsi été possible de réduire de manière importante l'impact du bruit sur la reconstruction des objets physiques sans dégradation notable de signal. Dans le cadre du modèle standard, le top se désintègre en Wb avec un rapport d'embranchement proche de 100%. La désintégration du W en électron + neutrino a été utilisé pour identifier le W issu de la désintégration du top. Les principaux bruits de fond au signal du single top (W+jets et QCD) contiennent essentiellement des jets de quarks légers dans l'état final. Deux algorithmes d'étiquetage des jets de quark b ont donc été utilisés pour augmenter le rapport signal/bruit. Aucun signal n'a été mis en évidence. Les limites observées (attendues) à 95% de niveau de confiance sur les sections efficaces de production sont de 14.3 (11.3) pb pour la voie s, 27.7 (21.5) pb pour la voie t et 28 (19.8) pb pour la somme des deux voies.

Cette thèse a pour cadre la phase 2 de l'expérience D0, l'un des deux détecteurs du Tevatron au Fermi National Accelerator Laboratory situé pres de Chicago (Illinois, USA). Cette thèse est consacrée à la préparation du Run II et à l'analyse des premières données de physique (février 2002 ­ juin 2002). Des événements tri-lepton (electron and muon) ont été sélectionnés. Ce type dévénement est attendu dans la théorie Supersymétrique avec violation de la R-parité et dans l'hypothèse d'un couplage lambda dominant. Le Modèle Standard ainsi que ses insuffisances sont décrits dans le premier chapitre qui présente aussi les différents modèles supersymétriques y compris celui incluant la gravité utilisé dans cette thèse. Un panorama des précédentes recherches expérimentales de particules supersymétriques clôt ce chapitre. Le deuxième chapitre décrit le fonctionnement du Tevatron ainsi que le détecteur D0. Les algorithmes d'identification des particules et la mesure des variables caractéristiques des événements est expliquée au chapitre 3. Les méthodes d'identification des électrons et des muons sont détaillées dans les chapitres 4 et 5. Le sixième chapitre expose une nouvelle méthode, non encore développée jusqu'à présent dans D0, pour identifier les jets venant de l'hadronisation des quarks b. L'intérêt de cette méthode pour la recherche de particules supersymétriques est discutée. Les caractéristiques des événements supersymétriques et dans l'hypothèse où la R-parité est violée par un couplage lambda sont étudiées dans le chapitre 7 ainsi que la stratégie générale de recherche. L'analyse des premières données Run II data est présentée au chapitre 8, qui décrit les critères de sélection des candidats. Les méthodes pour évaluer les fonds instrumentaux, qui s'ajoutent aux fonds physiques, sont détaillées. Le neuvième chapitre présente un résumé de l'analyse et le potentiel de découverte dans le futur.

Le détecteur CMS est l'une des deux expériences généralistes du LHC (Large Hadron Collider). Un des axes de recherche majeur de CMS est la recherche du (des) boson(s) de Higgs. À basse luminosité la signature la plus prometteuse pour un boson de Higgs léger (< 150 GeV) est sa désintégration en deux photons. Compte tenu de l'environnement du LHC, la recherche du Higgs dans ce canal nécessite un calorimètre électromagnétique (ECAL) extrêmement précis, rapide et résistant aux radiations.<br> Afin d'atteindre ce niveau de performances, plusieurs prototypes du calorimètre ont été mis en faisceau au cours des années 1999 et 2000. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'analyse des données obtenues lors de ces tests, avec pour objectif principal l'étude des paramètres jouant un rôle essentiel dans les performances du détecteur, en particulier la résolution en énergie, le suivi en lumière des cristaux et les performances de la chaîne électronique frontale dans sa version quasi-finale.<br> Un autre aspect de notre travail a été de développer une simulation comportant un haut degré de précision et de réalisme de la partie centrale du ECAL, à partir de l'outil de modélisation utilisé en physique des particules GEANT et d'une interface (EUGENIE) permettant d'intégrer des dessins de CAO dans la simulation. Cette description du détecteur a récemment été adoptée par la collaboration CMS et intégrée dans le programme de simulation officiel.

Cette thèse effectuée au sein du groupe Higgs de la collaboration L3 porte sur la recherche d'une signature Higgs, pour des énergies dans le centre de masse comprises entre 192 et 209 GeV, constituant l'un des enjeux majeurs à LEP2. Elle consiste en une contribution aux analyses recherchant le boson de Higgs du Modèle Standard, particuliérement dans le canal "deux jets plus énergie manquante". L'état final pour ce canal, noté H_nu_nubar, est caractérisé par la production d'une paire de quarks b issus du boson de Higgs, et d'une paire de neutrinos issus du boson Z, pour le processus dominant de Higgs-Strahlung. La limite inférieure observée, obtenue avec ce seul canal H_nu_nubar, est de 96 GeV à un niveau de confiance de 95%.<br> De plus, les recherches de production de scalaires neutres sont développées, dans les modèles généraux à deux doublets de Higgs de type II, au moyen d'une analyse dite "indépendante de saveur". On présente aussi les recherches concernant le boson de Higgs "invisible", où le boson Z se désintègre en une paire de fermions et le boson de Higgs en particules indétectables. L'utilisation de ces derniers résultats permet de contraindre les paramètres des modèles supersymétriques minimaux non-universels (sans unification de masse des jauginos).

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L'expérience H1 sitée sur le collisionneur HERA à Hambourg, permet d'étudier les interactions positron-proton avec une résolution spatiale 10 fois meilleure que celle obtenue dans les expériences sur cible fixe.<br> Cette thèse décrit l'analyse des interactions à grandes impulsions transverses et l'interprétation des résultats dans le cadre de modèles composites. Ceux-ci prédisent que les fermions, considérés comme élémentaires à ce jour, sont à leur tour des états liés de constituants. L'observation de quarks ou de leptons dans un état excité serait donc un signe d'une nouvelle sous-structure de la matière.<br> Dans l'analyse nous avons considéré les topologies avec des leptons et/ou de l'impulsion transverse manquante dans l'état final. La sélection des événements s'est faite sur les données accumulées dans H1 de 1994 à 1997 correspondant à une luminosité intégrée d'environ 40 pb-1. Afin de réaliser cette étude, il a fallu éliminer le bruit de fond non physique constitué de muons cosmiques ou de muons de halos (produits par les interactions du faisceau de protons avec le gaz résiduel ou le tube à vide) venant polluer les données. A cet effet, on a développé des critères de sélection permettant la réjection de ce type dévénements par reconnaissance topologique.<br> La comparaison entre le nombre de candidats dans les données et l'estimation venant des différents bruits de fond physiques standards ne montre aucune évidence de fermions dans un état excité. Nous avons déduit des limites supérieures d'exclusion, en fonction des masses Mf des fermions excités, sur le produit de la section efficace par le taux de branchement de telles particules, ainsi que sur les caractéristiques du couplage f/Lambda suivant certaines hypothèses. Les résultats obtenus étendent les limites à de nouveaux canaux et améliorent d'un facteur 10 ceux obtenus dans une analyse précédente. Dans le cas particulier f/Lambda = 1/Mf, sont exclus à 95% de niveau de confiance les électrons excités ayant une masse comprise entre 25 et 221 GeV/c2, les neutrinos excités ayant une masse entre 50 et 112 GeV/c2 et les quarks excités ayant une masse entre 50 et 194 GeV/c2.

Dans le cadre des théories au delà du modèle standard, au cours de la prochaine dizaine d'années, deux accélérateurs exploreront le domaine d'énergie du TeV, où sont attendus des signes de cette nouvelle physique. En 2001, le Tevatron, collisionneur proton-antiproton du Femilab à Chicago, redémarrera avec une énergie de 2 TeV et une luminosité augmentée et sera première étape dans cette voie. Elle sera suivie en 2005 par le nouvel accélérateur du CERN, le collisionneur proton-proton LHC, dont l'énergie atteindra 14 TeV. Deux expériences, D0 pour le Tevatron et ATLAS pour le LHC, partagent de nombreuses similitudes dans leurs choix techniques. Cette particularité permet d'envisager des études qui sont facilement transposables d'une expérience à l'autre, et c'est dans cette optique que j'ai pris part au cours de ma thèse à ces deux expériences. A l'aide d'un générateur Monte-Carlo spécialement écrit pour la simulation de la production du quark top par R-parité violée, j'ai étudié les potentiels de découverte de la supersymétrie pour l'expérience ATLAS. Compte-tenu des limites actuelles sur les couplages RPV et des hypothèses prises en compte, la production de s-quark en voie résonnante peut-être détectée au LHC pour des masses allant de 300 à 900 GeV. Réciproquement, l'absence de signaux permettra d'augmenter les limites sur les produits de couplages considérés d'un facteur 10 au moins. Enfin , en cas de détection de s-quarks, la masse de ceux-ci peut-être mesurée directement avec une erreur de l'odre du %. Dans le cadre de DO, j'ai proposé un aglorithme de calibration pour le calorimètre électromagnétique, utilisant des événements physiques Z -> ee. Avec une statistique de 7000 événements, correspondant à un ou deux mois de fonctionnement du Tevatron, la calibration du détecteur peut être ramenée de 1% à 0,5%

NIL