ATLAS est l'une des deux principales expériences du LHC dans le but d'étudier les propriétés microscopiques de la matière afin de répondre aux questions les plus fondamentales de la physique des particules. Après les réalisations accomplies lors de la première prise de données, le potentiel de nouvelles découvertes et de mesures précises au LHC est étendu en repoussant les limites en matière d’énergie dans le centre de masse et de luminosité grâce à trois mises à niveau de l’accélérateur aboutissant au LHC à haute luminosité (HL-LHC). Pour tirer pleinement parti de l'augmentation de la luminosité, deux mises à niveau principales du détecteur interne ATLAS sont prévues. La première mise à niveau était déjà achevée au début de l'année 2015 avec l'insertion de l'IBL, une quatrième couche de pixels située à seulement 3,2 cm de la ligne de faisceau. Dans la deuxième mise à niveau majeure, prévue pour 2024, le détecteur interne complet sera remplacé par un tout nouveau dispositif de suivi interne entièrement constitué de dispositifs en silicium pour faire face à la forte densité de particules et à l’environnement de rayonnement intense du HL-LHC, qui pendant son fonctionnement période fournira 3000 fb-1, près de dix fois la luminosité intégrée du programme complet du LHC. Cette thèse aborde l’étude de nouveaux détecteurs de pixels de bord actifs n + -in-p en développant deux nouvelles méthodes d'analyse du profil du dopage pour étudier les effets des dommages d’irradiation sur les performances des détecteurs de pixels. Ces méthodes sont la méthode d'imagerie 3D sims et la méthode TLM. La simulation TCAD a été utilisée pour simuler les profils de dopage, le comportement électrique et les dommages dus au rayonnement. La validation des modèles de simulation avec les données a été effectuée. De plus, la caractérisation de la salle blanche ainsi que la mesure sur un faisceau de test ont été effectuées pour tester les différentes conceptions de détecteurs. Dans la deuxième partie de la thèse, je discute de l'observation de la désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks b à l’aide des données collectées par ATLAS lors du Run 2 du LHC à une énergie de 13 TeV dans le centre de masse et une luminosité intégrée de 79.8 $fb^{-1}$. J'ai contribué à l'analyse où le boson de Higgs est produit en association avec un boson de jauge W ou Z. L'analyse VH(bb) ne considérant pas les leptons tau, j'ai réalisé une étude estimant l'impact de leur utilisation sur l'analyse. De plus, pour l’analyse VH (bb), j’ai travaillé sur l’estimation de fond multi-jets dans le canal à 1 lepton en utilisant la méthode d’analyse dijet-masse. / ATLAS is one of the two main experiments at LHC with the purpose of investigating the microscopic properties of matter to address the most fundamental questions of particle physics. After the achievements of the first years of running, the potential reach for new discoveries and precise measurements at LHC is being extended by pushing further the energy and luminosity frontiers through three upgrades of the accelerator culminating in the High Luminosity LHC (HL-LHC). To fully profit from the increased luminosity, two main upgrades of the ATLAS inner detector are planned. The first upgrade was already completed at the beginning of 2015 with the insertion of the IBL, a fourth pixel layer located at just 3.2 cm from the beam line. In the second major upgrade, foreseen for 2024, the full inner detector will be replaced by a completely new inner tracker fully made of silicon devices to cope with the high particle density and the harsh radiation environment at the HL-LHC, which during its operational period will deliver 3000 fb-1, almost ten times the integrated luminosity of the full LHC program. This thesis addresses the study of new n+-in-p active edge pixel detectors by developing two novel doping profile analysis methods to study the radiation damage effects on the pixel detectors performance. These methods are the 3D sims imaging method and the TLM Method. TCAD simulation has been used to simulate the doping profiles, the electrical behavior and the radiation damage. Validating the simulation models with data have been done. Moreover, clean-room characterization, as well as testbeam measurement have been performed to test the different detector designs. In the second part of the thesis, I discuss the observation of the standard model Higgs boson bb decay mode using the data collected by ATLAS during the LHC Run2 at center-of-mass energy 13 TeV and an integrated luminosity 79.8 fb-1 of a proton-proton collision. I contributed specifically to the search of the standard model Higgs boson in VH(bb) production mode. In the VH(bb) analysis we don't have any channel that considers the tau leptons in the final state. I have performed a feasibility study to verify the gain of using the taus in the analysis. In addition, for the VH(bb) analysis I have worked on the multi-jet background estimation in the 1-lepton channel using the dijet-mass analysis method.

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules décrit les particules élémentaires et leurs interactions à l'exception de la gravité. Jusqu'à présent, la plupart des résultats expérimentaux sont en accord avec les prédictions du MS. Cependant, il existe encore des questions de nature expérimentale ou théorique qui restent sans réponse. Les particules massives qui se désintègrent en une paire de quarks top-antitop sont prédites par certains des modèles de physique au-delà du Modèle Standard, qui tentent de répondre à ces questions.Une recherche de nouvelles résonances tt est présentée dans ce manuscrit, en utilisant l'ensemble de données 2015 (début des Run 2) à partir des collisions proton-proton produites par le Large Hadron Collider (LHC) avec une énergie de faisceau de 13 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité intégrée de 3.2 fb-1 recueillie par le détecteur ATLAS. La signature de l'état final recherché est caractérisée par la présence d'un électron ou d'un muon, d'un certain nombre de jets de hadrons et de l'énergie transverse manquante. La masse invariante des systèmes tt (mrecott ) est la principale observable sur cette recherche, et est utilisée pour tester la compatibilité des données avec l'hypothèse MS seule. Pour la région à grand mtt, les quarks top sont produits avec un grande impulsion et leurs produits de désintégration sont collimatés. Dans cette région, la sous-structure des jets doit être utilisée pour identifier les paires tt (scénario « boosted »), tandis que pour de basses valeurs de mtt, les produits de désintégration des quark top sont bien séparés (scénario « resolved »).Les résultats préliminaires sur l'analyse « boosted » sont présentés dans ce manuscrit. Dans les spectres de masse analysés, aucune preuve de l'existence de nouvelles particules n'a été trouvée. Pour une boson Z’TC2 « Topcolor assisted technicolor » avec une largeur relative de 1.2 %, des masses inférieures à 2 TeV sont exclues, l'améliorant les limites antérieures obtenues lors du Run 1. Des études de perspective pour inclure les topologies « resolved » sont également discutées, avec en particulier l'estimation du bruit de fond multi-jet en utilisant la « méthode de la matrice ». En outre, la méthode d'étalonnage des jets in-situ est proposée pour améliorer la résolution sur mtt. L'impact après chaque étape de la procédure de mise à l'échelle est présentée en utilisant des simulations à 8 TeV. / Massive particles decaying into a top-antitop pair (tt) are predicted by many theoretical models, which are introduced to provide explanations to the various open questions raised by the current formulation of the Standard Model of Particle Physics (SM). A search for new tt resonances is presented in this manuscript, using the 2015 dataset (early Run 2) from the proton-proton collisions at Large Hadron Collider (LHC) with a beam energy of 13 TeV at the centre-of-mass and with an integrated luminosity of 3.2 fb-1 collected by the ATLAS detector. The final state signature focuses on the lepton-plus-jets channel, which is characterised by the presence of an electron or muon, certain number of jets of hadrons and missing transverse energy. The invariant mass of the tt system (mtt) is the main observable on this search, which is used to test the compatibility of the data with the SM-only hypothesis. For the high mtt region, the selected events are dominated by top-quarks with collimated decay products, and jet substructure techniques have to be used to select the tt pairs (boosted scenario), while for low mtt, the selected events are dominated by top-quarks with well separated decay products (resolved scenario).Preliminary results on the boosted analysis are presented in this manuscript. In the analysed mass spectra, no evidence of the existence of new particles was found. For a topcolor-assisted technicolorZ’TC2 boson with a relative width of 1.2%, masses below 2 TeV are excluded, improving the previous limits obtained at Run 1. Perspective studies to include the resolved topologies are also discussed, where the estimation of the QCD multi-jet background using the « matrix method » is exposed in detail. In addition, the in-situ « jet rescaling » method is proposed to improve the mtt resolution. The impact after each step of the rescaling procedure is presented using 8 TeV simulations.

L'expérience CMS auprès du LHC, grand collisionneur de hadrons, est un détecteur généraliste qui permet d'étudier tous les aspects des collisions proton-proton produites par le LHC : de l'étude du Modèle Standard et du boson de Higgs à la recherche de signaux de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.La première partie de cette thèse est dédiée à la calibration en énergie des jets dans CMS, un des plus grands défis et une étape fondamentale pour la réussite du programme de physique dans cet environnement hadronique. Plus particulièrement, l'étude des événements multijets permet de contraindre l'échelle en énergie des jets au-delà du TeV. Les corrections en énergie ainsi extraites sont primordiales pour les analyses de physique utilisant des jets, et sont utilisées par toute la collaboration CMS.La deuxième partie est consacrée à la recherche de particules de spin 0 se désintégrant en paires de quarks top-antitop. En effet, de nombreux modèles de nouvelle physique prédisent de nouvelles particules scalaires ou pseudoscalaires avec un fort couplage au quark top. Une étude phénoménologique de deux de ces modèles est présentée, à savoir les modèles à deux doublets de Higgs (2HDM) et l'extension supersymétrique minimale du Modèle Standard (MSSM). Ces modèles offrent tous deux un secteur de Higgs enrichi avec entre autre deux bosons de Higgs neutres additionnels, un scalaire et un pseudoscalaire. Une analyse du spectre de masse invariante des paires top-antitop utilisant les données collectées par CMS en 2012 à une énergie dans le centre de masse de 8 TeV visant à mettre en évidence l'existence de telles particules est menée. Cette analyse prend en compte pour la première fois les effets des interférences entre la production des paires top-antitop du Modèle Standard et la production résonante à travers la nouvelle particule de spin 0. Il est montré que l'impact des interférences ne peut être négligé. Aucune déviation par rapport aux prédictions théoriques du Modèle Standard n'a été observée dans le spectre de masse invariante des paires top-antitop. Un premier aperçu des données à 13 TeV est également présenté / The CMS experiment at the LHC, the Large Hadron Collider, is a general-purpose detector built to study the proton-proton collisions produced by the LHC, corresponding to a broad physics programme ranging from studying the Standard Model and the Higgs bosons to searching for signal of new physics beyond the Standard Model.The first part of this thesis is dedicated to the jet energy calibration in CMS, one of the most challenging and crucial steps for the sucess of the physics programme within the hadronic environment. More specifically, the study of multijet events allows to constraint the jet energy scale beyond the TeV-scale. The jet energy corrections thus obtained are fundamental for the physics analyses using jets, and are used by all the CMS collaboration.The second part of this manuscript is dedicated to the search for new spin 0 particles decaying into top-antitop quarks pairs. Indeed, several new physics models predict new scalar or pseudoscalar particles with an enhanced coupling to the top quark. A phenomenological study of two of those models is presented, namely the two higgs doublet models (2HDM) and the minimal supersymmetric extension of the Standard Model (MSSM). These models both offer an enriched Higgs sector with in particular two additional neutral Higgs bosons, one scalar and one pseudoscalar. The analysis of the top-antitop pairs mass spectrum using data collected by CMS in 2012 at an energy in the center of mass of 8 TeV is presented, looking for such particles. This search takes into account for the first time the effects of interference between Standard Model top-antitop pairs production and its resonant production through the spin 0 particle. This work shows the impact of interference cannot be neglected. No deviation from the Standard Model predictions has been observed in the top-antitop mass spectrum. A first look at 13 TeV data is also presented

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|&#8804; 4,8 e momentum transverso pT &#8805; 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas. / CMS is one of the main detectors installed in the LHC that is able to study different physical aspects, from the Standard Model to dark matter search. This general purpose detector was constructed to measure muon properties with high precision and all subdetectors were built with high granularity making possible to identify and characterize the kinematic properties of all final stable particles. The event reconstruction algorithm includes the jet identification, in other words, it is possible to identify the signature of parton production in the collision. The measurement of the cross sections of multijet production is one of the methods to explore perturbative QCD contributions, allowing the evaluation of the predictions implemented in the event simulation. Focusing on the characterization of the QCD related process in proton-proton collision at &#8730;s = 7 TeV , the measurement of the inclusive multijet production in CMS is presented. The measurement is done using real data with low pileup events collected in 2010 with integrated luminosity of L = 2,869 pb-1 and using jets in almost all pseudo-rapidity accessible range |n| < 4,8 and low transverse momentum pT > 30 GeV/c2. The detector effects in the measurement was removed, called unfolding procedure, and compared with Monte Carlo predictions.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|&#8804; 4,8 e momentum transverso pT &#8805; 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas. / CMS is one of the main detectors installed in the LHC that is able to study different physical aspects, from the Standard Model to dark matter search. This general purpose detector was constructed to measure muon properties with high precision and all subdetectors were built with high granularity making possible to identify and characterize the kinematic properties of all final stable particles. The event reconstruction algorithm includes the jet identification, in other words, it is possible to identify the signature of parton production in the collision. The measurement of the cross sections of multijet production is one of the methods to explore perturbative QCD contributions, allowing the evaluation of the predictions implemented in the event simulation. Focusing on the characterization of the QCD related process in proton-proton collision at &#8730;s = 7 TeV , the measurement of the inclusive multijet production in CMS is presented. The measurement is done using real data with low pileup events collected in 2010 with integrated luminosity of L = 2,869 pb-1 and using jets in almost all pseudo-rapidity accessible range |n| < 4,8 and low transverse momentum pT > 30 GeV/c2. The detector effects in the measurement was removed, called unfolding procedure, and compared with Monte Carlo predictions.