Face à la nature inconnue de l'énergie noire et de la matière noire, des modèles à champ scalaire léger ont été proposés pour expliquer l'accélération tardive de l'expansion de l'Univers et l'apparente abondance de matière non baryonique dans l'Univers. Dans une première partie, cette thèse confronte de la façon la plus précise possible les données de cosmologie les plus récentes au modèle du Galiléon, une théorie de gravité modifiée possédant des propriétés théoriques particulièrement intéressantes. Des contraintes observationnelles sur les paramètres du modèle sont dérivées en utilisant les dernières mesures liées aux distances cosmologiques et à la croissance des grandes structures de l'Univers. Un bon accord est observé entre les données et les prédictions théoriques, faisant du Galiléon un modèle alternatif compétitif avec celui de la constante cosmologique. Dans une seconde partie, la production de Branons, particules scalaires candidates au statut de matière noire venant d'une théorie de dimensions supplémentaires, est recherchée dans les collisions proton-proton enregistrées en 2012 par l'expérience Compact Muon Solenoid auprès du Grand Collisionneur de Hadrons. Des événements présentant un photon et de l'énergie transverse manquante dans l'état final sont sélectionnés dans les données et comparés aux estimations des bruits de fonds attendus. Aucun excès d'événements n'étant observé, des limites expérimentales sur les paramètres de la théorie du Branon sont calculées. Elles sont les plus contraignantes à ce jour. Cette thèse se conclut par des arguments pour une description unifiée des deux modèles étudiés, dans le cadre des théories de dimensions supplémentaires. / The nature of dark energy and dark matter is still unknown today. Light scalar field models have been proposed to explain the late-time accelerated expansion of the Universe and the apparent abundance of non-baryonic matter. In the first part of this thesis, the Galileon theory, a well-posed modified gravity theory preserving the local gravitation thanks to the Vainshtein screening effect, is accurately tested against recent cosmological data. Observational constraints are derived on the model parameters using cosmological distance and growth rate of structure measurements. A good agreement is observed between data and theory predictions. The Galileon theory appears therefore as a promising alternative to the cosmological constant scenario. In the second part, the dark matter question is explored through an extra-dimension theory containing massive and stable scalar fields called Branons. Branon production is searched for in the proton-proton collisions that were collected by the Compact Muon Solenoid experiment in 2012 at the Large Hadron Collider. Events with a single photon and transverse missing energy are selected in this data set and compared to the Standard Model and instrumental background estimates. No signature of new physics is observed, so experimental limits on the Branon model parameters are derived. This thesis concludes with some ideas to reach an unified description of both models in the frame of extra-dimension theories.

The thesis investigates cosmic rays and their scattering in the atmosphere and the change in their intensity caused by the frequency of meteorological phenomenon. The main objective of the research is the change in cosmic rays as well as atmospheric pressure and estimation of their connection. A thorough analysis and interpretation allow to supplement meteorological information for weather forecasts. / Disertacijoje nagrinėjama kosminė spinduliuotė ir jos sklaida atmosferoje bei jos intensyvumo kaita, kurią lemią meteorologinių reiškinių dažnumas. Pagrindinis tyrimo objektas yra kietosios kosminės spinduliuotės ir atmosferos slėgio pokyčiai bei jų sąryšio įvertinimas. Kosminės spinduliuotės duomenų detali analizė ir interpretacija leidžia papildyti meteorologinę informaciją orų prognozei.

La théorie de la QCD (Quantum ChromoDynamics) prédit l'existence d'une nouvelle phase de la matière nucléaire à très haute température. Cette phase, caractérisée par un déconfinement des quarks au sein des hadrons, est appelée QGP (Quark Gluon Plasma). Le spectromètre à muons de l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) a pour but d'étudier les propriétés du QGP aux densités d'énergie extrêmes atteintes dans les collisions d'ions lourds au LHC (Large Hadron Collider). Le système de déclenchement du spectromètre à muons, appelé MUON TRG est, pour une large part, sous la responsabilité du groupe ALICE de Clermont-Ferrand. Il se compose de quatre plans de détecteurs RPC (Resistive Plate Chamber) d'une superficie totale de 140 m2, de 21k voies de lecture et d'une électronique de décision rapide. Il a été conçu afin de reconstruire "en ligne" des traces (muons), dans un environnement présentant un important bruit de fond. Une décision de trigger, pour les "single muons" et les "dimuons", est délivrée toutes les 25 ns (40 MHz) avec un temps de latence relatif à l'interaction proche de 800 ns. Les performances, en particulier celles liées à la décision de trigger, obtenues avec des outils de test dédiés, les évènements cosmiques, les premiers faisceaux d'injection dans le LHC ainsi que les premières collisions proton-proton à √s = 900 GeV seront présentés.

The study of the muon decay process μ+ → e+νeν ̄μ is a powerful constraint on the behaviour of the weak interaction, without contamination of the other, stronger, fundamental interactions. The spectrum measured from the momentum and angles of the decay positrons is parametrized using a set of four decay parameters. The purpose of the TWIST experiment is to measure these decay parameters to an unprecedented precision; an order of magnitude improvement in the uncertainties over measurements completed before the TWIST experiment. Measurements of the muon decay parameters constrain the values of a series of 19 weak coupling constants. In the standard model, V-A weak interaction, 18 of these constants are 0, while the remaining constant describes interactions between left handed particles, gV_LL= 1.The decay parameter ρ quantifies the behaviour of the spectrum with respect to momentum. According to the standard model the value of this parameter is 3/4. TWIST measured a value of ρ = 0.74991±0.00009(stat)±0.00028(sys). The measurement is limited by its systematic uncertainty, so a large focus of the experiment was on the determination and control of these uncertainties. The systematic uncertainties are derived from uncertainties in the detector construction and uncertainties in the biases generated by differences between the data and a matching Monte Carlo. Muon decay also limits the possibility of family symmetry breaking interactions. TWIST can be used to search for the possibility of muons decaying into a positron and a single unidentified neutral particle μ+ → e+X0 that does not otherwise interact with normal matter. The large momentum and angle acceptance of the TWIST spectrometer allows for searches of two body decays for masses of the X0 boson mX0 ∈ [0,80] MeV/c, with a variety of behaviours with respect to the angle of the positron track. Upper limits on massive and mass-less X0 decays are set with a 90% confidence level separately at parts per million for massive decays and parts in 10000 for mass-less decays.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta medidas de duas razões de produção difrativa envolvendo sabores pesados, através de um estudo em uma amostra reconstruída de J/ψ → μ+ μ- em colisões pp a raiz quadrada de s= 1,96 TeV com o uso do detector DØ situado no Fermilab. Estes eventos foram selecionados com o uso dos detectores do Monitor de Luminosidade, o sistema de calorimetria e o sistema de m Ão ons do DØ, em uma região de pseudo-rapidez 2,7 ≤|η|≤ 4 ,4 . As razões medidas foram NJϕdiff/Nj/ϕtotal = (1,74 0,16 (estat) 0,13 (sist)) % e N b dif / N b total = 0,79 0,11(estat) 0,23 (sist))% / This work presents measurements of two diffractive production ratio for heavy flavour physics on sat with the use of are constructed J/ψ → μ + μ sample in pp collisions at s= 1. 96 TeV using the DØ detector at Fermilab Tevatron. These events were selected using the Luminosity Monitor detectors, the calorimeter system and the muon system in a pseudo-rapidity region with range 2 . 7 ≤|η|≤ 4, 4 . The measured ratio were estimated to be NJϕdiff/Nj/ϕtotal = (1,74 0,16 (estat) 0,13 (sist)) % and Nb dif / Nb total = 0,79 0,11(estat) 0,23 (sist))%

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta medidas de duas razões de produção difrativa envolvendo sabores pesados, através de um estudo em uma amostra reconstruída de J/ψ → μ+ μ- em colisões pp a raiz quadrada de s= 1,96 TeV com o uso do detector DØ situado no Fermilab. Estes eventos foram selecionados com o uso dos detectores do Monitor de Luminosidade, o sistema de calorimetria e o sistema de m Ão ons do DØ, em uma região de pseudo-rapidez 2,7 ≤|η|≤ 4 ,4 . As razões medidas foram NJϕdiff/Nj/ϕtotal = (1,74 0,16 (estat) 0,13 (sist)) % e N b dif / N b total = 0,79 0,11(estat) 0,23 (sist))% / This work presents measurements of two diffractive production ratio for heavy flavour physics on sat with the use of are constructed J/ψ → μ + μ sample in pp collisions at s= 1. 96 TeV using the DØ detector at Fermilab Tevatron. These events were selected using the Luminosity Monitor detectors, the calorimeter system and the muon system in a pseudo-rapidity region with range 2 . 7 ≤|η|≤ 4, 4 . The measured ratio were estimated to be NJϕdiff/Nj/ϕtotal = (1,74 0,16 (estat) 0,13 (sist)) % and Nb dif / Nb total = 0,79 0,11(estat) 0,23 (sist))%

Extensive air showers’ (EAS) observables sensible to primary cosmic ray mass are a valuable asset in constraining competing astrophysical and particle physics scenarios proposed both to explaining cosmic rays features, such as their all-particle spectra, as well as their origin. These observables, however, need to be interpreted by comparison to EAS simulations, which are a source of great uncertainty. Shower simulations need to rely on a technique called thinning, an algorithm created to reduce computing time and storage requirement. In this work, we evaluate the effects of thinning over the muon production profile of an EAS simulation. For heavier particles it appears that thinned showers generate profiles with a deeper maximum, while results were not conclusive for protons and photon primaries. We investigate the thinning technique by constructing a toy model for shower simulations in which we have full control of the thinning implementation. To that end, we parameterized the energy distribution and particle production multiplicity from proton-air interactions and proton-pion interactions. However, we find that thinning effects over our model were too severe, rendering it impossible to draw further conclusions about its effects on full air showers simulations. / Observáveis sensíveis à composição de raios cósmicos primários em chuveiros atmosféricos extensos são um recurso valioso na constrição de cenários competidores em astrofísica e física de partículas, propostos tanto para explicar características dos raios cósmicos, como o espectro de energia de todas as partículas, quanto sua origem. Estes observáveis, no entanto, precisam ser interpretados por comparação a simulações de chuveiros atmosféricos, que constituem fonte de grandes incertezas. Simulações de chuveiros são dependentes de uma técnica chamada thinning, um algoritmo criado para reduzir o tempo de computação e exigências de armazenamento. Neste trabalho, nós avaliamos os efeitos do thinning sobre o perfil de produção de múons em uma simulação de chuveiro atmosférico. Para partículas mais pesadas, aparentemente, chuveiros sujeitos ao thinning geram perfis com máximos mais profundos, e para prótons e fótons nossas análises foram inconclusivas. Nós investigamos a técnica do thinning construindo um simulador de chuveiros simplificado, em que o total controle sobre a implementação do thinning é garantido. Para este fim, parametrizamos a distribuição de energia e a multiplicidade de partículas em interações de próton com o ar e de píons com o ar. Entretanto, descobrimos que o efeito do thinning sobre o nosso modelo era muito severo, tornando impossível concluir seus efeitos sobre simulações completas.

This PhD dissertation presents the measurement of the cross section of jet production in association with a Z boson in proton-proton collisions at the Large Hadron Collider in CERN, with a center-of-mass energy of 8 TeV in 2012 and of 13 TeV in 2015. The data used for this analysis were collected by the Compact Muon Solenoid (CMS) detector, with an integrated luminosity of 19.6 fb-1 in 2012 and of 2.25 fb-1 in 2015. The differential cross section is measured as a function of jet multiplicity, jet transverse momentum and rapidity, and the scalar sum of jet transverse momenta. The rapidity correlations between the Z boson and jets are also measured benefiting from the large statistics of data taken in 2012. All distributions of measured observables are obtained after correcting detector effects using unfolding approach, and the results of two leptonic decaying channels of Z boson are combined. Coming along with the systematic and statistical uncertainties, the measurement is compared to different theoretical predictions at different accuracy levels. The predictions are from MADGRAPH 5, SHERPA 2 (for 8 TeV analysis only), MADGRAPH_AMC@NLO, and fixed next-to-next-to-leading order (for 13 TeV analysis only). Thanks to the unprecedented high energy and the large statistics of data, precision measurement is accomplished in a physical phase space never reached before. This measurement provides precise systematics for different theoretical models. It also quantifies the improvement with higher order of perturbative quantum chromodynamics calculations on matrix elements relative to the leading order multi-leg approach. In particular to the rapidity correlation study, new matching schemes (FxFx and MEPS@NLO) for next-to-leading order matrix elements and parton shower show significant improvements with respect to the MLM matching scheme for leading order multi-leg matrix elements and parton shower. This measurement also gives precise background estimation for the measurements of many other processes in Standard Model like top quark production and gauge boson couplings, and for new physics searches such as Supersymmetry. In this thesis, the jet energy correction and calibration for the high level trigger system of CMS are also depicted. From 2012 to 2015, the Large Hadron Collider was upgraded, not only with the center-of-mass energy of the beams enlarged, but also with the instantaneous luminosity increased. The time distance between two particle bunches in a beam is reduced. As a result, the reconstructed momenta of the jets produced in each bunch crossing are significantly contaminated by multiple interactions. A dedicated technical approach has been developed for correcting the reconstructed jet momenta. The corrections have been calibrated and configured for the data taking in 2015 and 2016. / Cette thèse présente une mesure de la section efficace de production de jets associés à un boson Z dans les collisions proton-proton du Grand Collisionneur de Hadron (LHC) situé au CERN, avec des énergies dans le centre de masse de 8 TeV et 13 TeV, respectivement pour les années 2012 et 2015. Les données utilisées pour cette analyse ont été collectées par le détecteur Compact Muon Solenoid (CMS). Elles constituent des échantillons de luminosités intégrées de 19.6 fb⁻¹ et 2.25 fb⁻¹, respectivement pour 2012 et 2015. Nous mesurons la section efficace différentielle en fonction de la multiplicité de jets, de l’impulsion transverse et de la rapidité des jets, et en fonction de la somme scalaire des impulsions transverses des jets. La corrélation entre les rapidités du boson Z et des jets est aussi mesurée et bénéficie de la large statistique prise en 2012. Toutes les distributions d’observables mesurées sont obtenues après corrections pour les effets détecteurs et les résultats des canaux de désintégration muonique et électronique du boson Z sont combinés. Tenant compte des incertitudes statistiques et systématiques, les mesures sont comparées à différentes prédictions théoriques ayant différents niveaux de précision. Les prédictions sont obtenues de MADGRAPH 5, SHERPA 2 (pour l’analyse à 8 TeV uniquement), MADGRAPH_AMC@NLO, et un modèle fixé au NNLO (pour l’analyse à 13 TeV uniquement). Par ces mesures de précisions, et en particulier celle de la corrélation de rapidités, nous avons acquis une compréhension plus approfondie de la chromodynamique quantique dans son régime perturbatif. Grâce à la plus haute énergie jamais atteinte en laboratoire, et à la grande statistique disponible, nous avons sondé avec précision des endroits de l’espace des phases jusque là inaccessibles.Dans cette thèse, les corrections et la calibration de l’énergie des jets pour le haut niveau de sélection de CMS est également présentée. Durant la période de 2012 à 2015, le LHC a été amélioré, non seulement l’énergie dans le centre de masse a augmenté, mais la luminosité instantanée a aussi été amplifiée. L’écart temporelle entre deux paquets de particules dans les faisceaux du LHC a été réduite. L’une des conséquences est que l’impulsion reconstruite pour les jets produits lors d’un croisement de faisceau à une contribution significative venant des multiples interactions ayant lieux lors du croisement des paquets. Une approche technique dédiée a été développée pour corriger l'impulsion des jets. Les corrections obtenues ont été calibrées aux données prises en 2015 et 2016. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés au sein de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la mesure de la masse du quark top dans le canal de désintégration électron-muon. Cette mesure expérimentale est réalisée à l'aide de la méthode des éléments de matrice et à partir des événements produits par le LHC à une énergie dans le centre de masse de 8 TeV et enregistrés par le détecteur ATLAS en 2012. Après une introduction du contexte phénoménologique associé au modèle standard et à la physique du quark top, une description du détecteur ATLAS, de la simulation et de la reconstruction des événements de collisions est donnée. La première analyse présentée a été réalisée en début de thèse et estime l'impact qu'a l'installation d'une nouvelle couche de pixels dans le détecteur ATLAS, au plus proche du point de collision, sur les performances d'étiquetages des jets de b lors de prises de données à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV enregistrées à partir de 2015. La seconde partie est consacrée à la mesure de la masse du quark top. Après avoir décrit la sélection à laquelle cette analyse est liée, l'étalonnage de la méthode des éléments de matrice est présenté. La masse du quark top mesurée est :m_top = 172,40 ± 0,35 (stat.) ± 1,12 (syst.) GeV.Cette mesure est obtenue avec une précision de 0,64% et est compatible à la fois avec la combinaison mondiale de la masse du quark top et avec les mesures récentes publiées par la collaboration ATLAS. / The work presented in this thesis lies within the scope of the measurement of the top quark mass in the decay channel electron-muon. This experimental measurement is achieved by the use of the matrix element method with events produced at LHC at a centre of mass energy of 8 TeV and collected by the ATLAS detector in 2012. After introducing the theoretical context of the Standard Model and the physics of the top quark, a detailed description of the ATLAS detector design and of both the event simulation and reconstruction is given. The first analysis presented was done during the beginning of the thesis and focuses on the impact of the insertion of an innermost new pixel layer in the ATLAS detector on the b-tagging performance during the data taking starting in 2015 with an centre of mass energy of 13 TeV. The second part of the thesis is dedicated the top quark mass measurement. After reviewing the selection procedure to which the analysis is linked, the calibration of the matrix element method is presented. The top quark mass is measured as :m_top = 172,40 ± 0,35 (stat.) ± 1,12 (syst.) GeV.This measurement is obtained with a precision of 0.64% and is compatible with both the World combination of the top quark mass and with recent measurements published by the ATLAS collaboration.

La production hadronique des Quarkonia est un puzzle de longue date, qui teste la capacité des physiciens des particules à décrire les interactions de couleur. Même si la structure de la chromodynamique quantique (QCD) est bien définie et inspirée par l’électrodynamique quantique (QED), les différences par rapport à cette dernière rendent très difficile la description théorique des propriétés des hadrons.Un grand nombre de modèles et de théories effectives des champs ont été proposés pour décrire la production de quarkonia lourds, mais aucune n'a réussi à prédire, de façon fiable, différentes observables. En particulier, la QCD non relativiste (NRQCD) est arrivée à décrire les sections efficaces des quarkonia au Tevatron, mais a failli pour la prédiction du degré de polarisation du J/psi. Par contre, le modèle singulet de couleur (CSM: Color Singlet Model) présentait des résultats légèrement meilleurs du coté de la polarisation mais avait des problèmes avec la normalisation et la forme des sections efficaces différentielles.Le démarrage du LHC au CERN est une excellente opportunité expérimentale pour résoudre ces problèmes. En effet le saut en énergie, par rapport au Tevatron, permet d'avoir des sections efficaces de quarks lourds bien plus élevées que dans le passé, de plus les performances excellentes des expériences LHC nous permettent de procéder à des analyses difficiles.ALICE est l’expérience du LHC dédiée à l’étude de la matière dense et chaude produite dans les collisions d’ions lourds ultra-relativistes : le plasma de quarks et de gluons (PQG). Pendant les deux premières années de prises de données, elle a montré des performances excellentes pour la détection des J/psi, aussi bien en collisions PbPb qu’en collisions pp.Dans cette thèse est présenté la mesure de la polarisation de J/psi inclusif, produits dans les collisions pp à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV. L’analyse a été effectuée sur presque 80% de la statistique recueillie par le spectromètre à muons d’ALICE en 2010. Elle a été basée sur l’extraction de la distribution angulaire des muons provenant de la désintégration du J/psi.Les résultats obtenus par cette étude représentent la première mesure de la polarisation des quarkonia au LHC et offrent la possibilité de tester les modèles théoriques dans un régime d’énergie plus de trois fois supérieur à celui du Tevatron.Une première comparaison avec les derniers calculs théoriques est également présentée dans cette thèse. / Quarkonium hadroproduction is a long standing puzzle which tests the ability of particle physicists to describe colour interactions. Even if the structure of quantum chromodynamics (QCD) is well established and inspired to quantum electrodynamics (QED), its differences with respect to the latter make the theoretical description of hadron properties very difficult.Many models and effective field theories have been proposed in order to describe heavy quarkonia production, but none of them have been able to predict different observables in a reliable way. In particular, nonrelativistic QCD (NRQCD) succeeded in describing quarkonia cross sections at the Tevatron, but failed in predicting the degree of polarization of the J/psi. On the other hand, the color-singlet model (CSM) had slightly better results from the polarization side, but had problems with the magnitude and differential shapes of the cross sections.The startup of the LHC at CERN provides a very important experimental opportunity in solving these problems. Indeed, the big jump in energy with respect to Tevatron leads to much higher heavy-quarks cross sections than in the past and, moreover, the very good performances of the LHC experiments allow to perform delicate analysis.ALICE is the LHC experiment dedicated to the study of the dense and hot matter produce in ultrarelativistic heavy ions collisions: the quark gluon plasma (QGP). During the first two years of data taking it showed very good performance in the detection of J/psi, both in PbPb and pp collisions.In this thesis, the polarization measurement of J/psi inclusively produced in pp collisions at a center of mass energy of 7 TeV is presented. The analysis was performed on almost 80% of the statistics collected by the ALICE forward muon spectrometer during 2010. It was based on the extraction of the angular distribution of the muons coming from the J/psi decay. The results obtained with this study represent the first measurement of quarkonia polarization at the LHC and they offer the possibility to test the theoretical models in a more than three times higher energy regime with respect to Tevatron. A first comparison with recent theoretical calculations is also presented in this document.