This thesis presents measurements of the cross section for the production of a <i>W</i> boson in association with jets and the ratio of the cross sections for the production of a <i>W</i> boson and a <i>Z</i> boson in association with jets. Both measurements are performed in proton-proton collisions at &radic;s = 7 TeV with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider using a dataset corresponding to an integrated luminosity of 4.6 fb^-1. The dataset allows for the exploration of a large kinematic range, including jet production up to a transverse momentum of 1 TeV and multiplicities up to seven jets. Results are presented as a function of jet transverse momenta and rapidities and as a function of event variables such as the scalar sum of the transverse momenta of the jets. Results as a function of dijet angular variables are also presented. The measurements are compared to several state-of-the-art QCD predictions including next-to-leading-order perturbative calculations, resummation calculations and Monte Carlo generators. Finally, the effect of the results on parton distribution functions is explored.

Cette thèse décrit une mesure de la masse du boson W avec le détecteur ATLAS. La mesure exploite les données enregistrées par ATLAS en 2011, a une énergie dans le centre de masse de 7 TeV et correspondant à une luminosité intégrée de 4.6 inverse femtobarn. Les mesures sont faites par ajustement aux données de distributions en énergie transverse des leptons charges et en masse transverse du boson W obtenues par simulation, dans les canaux électron et muon, et dans plusieurs catégories cinématiques. Les différentes mesures sont en bon accord et leur combinaison donne une valeur de m_W = 80371.1 ± 18.6 MeV. La valeur mesurée est compatible avec la moyenne mondiale des mesures existantes, m_W = 80385 ± 15 MeV, et l'incertitude obtenue est compétitive avec les mesures les plus précises réalisées par les collaborations CDF et D0. / This thesis describes a measurement of the W boson mass with the ATLAS detector based on the data-set recorded by ATLAS in 2011 at a centre-of-mass energy of 7 TeV, and corresponding to 4.6 inverse femtobarn of integrated luminosity. Measurements are performed through template fits to the transverse momentum distributions of charged leptons and to transverse mass distributions of the W boson, in electron and muon decay modes in various kinematic categories. The individual measurements are found to be consistent and their combination leads to a value of m_W = 80371.1 ± 18.6 MeV. The measured value of the W boson mass is compatible with the current world average of m_W = 80385 ± 15 MeV. The uncertainty is competitive with the current most precise measurements performed by the CDF and D0 collaborations.

Dans cette thèse, je présente ma contribution à l'étude des propriétés du boson de Higgs. Mon travail a consisté à combiner les différentes analyses de recherche du boson de Higgs prévu par le modèle standard pour en extraire une mesure des taux de productions, de désintégrations et des couplages. Par exemple, le taux de production inclusif du boson de Higgs mesuré avec le détecteur ATLAS a été mesuré. Ces mesures peuvent également s'interpréter dans le contexte de modèle au-delà du modèle standard telle que les modèles composites ou les modèles de type MSSM avec le hMSSM. J'ai également participé à l'étude des performances d'un algorithme de particle flow dans le cadre de la recontruction de jets possédant un grand rayon. Mes contributions aux analyses de recherche d'un boson de Higgs pseudo-scalaire se désintégrant en un boson Z et un boson de Higgs et la recherche du boson produit en association avec un boson Z et se désintégrant en une paire de quarks b sont également montrées. / In this thesis, I show my contribution to the study of the properties of the Higgs boson. My work has consisted in combining the different searches of the Standard Model Higgs boson to measure the rate of production, decay and the couplings. For example, the overall rate of production measured with the ATLAS dectector has been measured. These measurements can also be interpreted in the constext of models beyond the standard model such that composite models or models inspired from the MSSM (hMSSM). I have also participated to the studies of the performance of a particle flow algorithm to reconstruct the jet with a large radius. My contribution to the search of a pseudoscalar Higgs boson decaying into a Z boson and a Higgs boson and the search of the standard model Higgs boson produced in association with a Z boson and decaying into a pair of b quarks are also shown.

L’étude du processus Drell-Yan, ou la production dans des collisions entre hadrons à haute énergie d’une paire de leptons par l’intermédiaire d’un boson Z ou ɣ virtuel, est un moyen privilégié pour comprendre les mécanismes de production de particules massives comme le boson de Higgs. Dans cette thèse, les données collectées en 2016 par l’expérience CMS dans les collisions proton-proton à une énergie de 13 TeV dans le système du centre de masse, correspondant à une luminosité intégrée de 36,3 fb⁻¹, sont utilisées pour réaliser une mesure de précision de section efficaces du processus Drell-Yan différentielles en l’impulsion transverse de la paire de leptons, pour des masses invariantes de la paire allant de 50 à 1000 GeV.La mesure utilise les canaux comprenant deux électrons ou deux muons, qui ont l’avantage d’être aisément identifiables expérimentalement et, ainsi, de permettre des mesures précises de sections efficaces. Au total, environ dix millions d’événements comprenant deux électrons et vingt millions d’événements comprenant deux muons sont analysés. L’extension de l’analyse précédente de la collaboration CMS, limitée en masse invariante à l’intervalle entre 76 et 106 GeV, requiert un meilleur contrôle des bruits de fond, plus importants en-dessous de 76 et au-dessus de 106 GeV que dans l’intervalle précédemment considéré. La contribution dominante, la production d’une paire de quarks top se désintégrant en leptons, est étudiée en détail, ainsi que la contamination des données par des électrons mal identifiés. Après prise en compte de l’efficacité de détection, les résultats obtenus dans les deux canaux sont compatibles et sont combinés en une unique mesure.La précision obtenue, de l’ordre du pourcent, dans des régions jusqu’ici peu explorées permet d’obtenir de nouvelles contraintes sur des modèles largement utilisés en physique des particules. À cette fin, la mesure est comparée à six prédictions illustrant différentes approches pour la prédiction du spectre en impulsion transverse. Malgré d’assez bonnes performances générales, aucune d’entre elles ne permet une description complète des données après prise en compute des incertitudes théoriques et expérimentales. C’est en particulier le cas à grande masse invariante ou lorsqu’un jet est identifié dans l’état final. Certaines approches encore peu répandues obtiennent de meilleurs résultats dans les régions qu’elles visent spécifiquement. De nouveaux développements théoriques seront nécessaires pour combiner celles-ci afin d’obtenir des prédictions fiables dans l’ensemble de l’espace des phases. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse présente deux tests d'invariance de Lorentz, réalisés dans le cadre de l'Extension du Modèle Standard (SME). Le premier a pour objectif une recherche de violation dans le secteur SME de la matière, grâce aux données d'une horloge à atomes froids de 133Cs. La recherche de variations de la fréquence de transition hyperfine de cet atome a permis de contraindre plusieurs coefficients SME liés aux protons et aux neutrons, avec une sensibilité améliorant jusqu'à 12 ordres de grandeur les limites actuelles sur ces derniers. Le second test a été réalisé grâce aux données de la mission spatiale MICROSCOPE, en vol depuis le 25 avril 2016, qui a pour but de tester le Principe d'Équivalence faible avec une précision de l’ordre de 10−15 sur le paramètre d'Eötvös. Nous avons utilisé les mesures MICROSCOPE pour contraindre des violations d'invariance de Lorentz dues à un couplage entre matière et gravitation, en recherchant des variations de l'accélération relative de deux masses d'épreuve selon l'orientation de l'axe sensible de l'instrument, un double accéléromètre électrostatique. Les premiers résultats, obtenus grâce à l'analyse de cinq sessions de mesures, ont déjà démontré une amélioration jusqu'à 4 ordres de grandeur des contraintes sur deux coefficients du secteur SME de la matière couplée à la gravitation. / This thesis presents two Lorentz invariance tests, performed within the Standard Model Extension framework (SME). The first one is a search for a violation in the matter sector of the SME, using data from a cold atom clock. The search for variations in the hyperfine transition frequency of 133Cs allowed us to constrain several SME coefficients related to protons and neutrons, with a sensitivity improving by up to 12 orders of magnitude the current best laboratory limits on these coefficients. The second test was carried out using the data from the MICROSCOPE space mission, in flight since April 2016, which is intended to test the Weak Equivalence Principle (WEP) with an accuracy of 10−15 on the Eötvös parameter. In this experiment, a coupling between matter and gravitation could lead to Lorentz violation signals and therefore to variations in relative acceleration of two test masses depending on the satellite orientation. The relative acceleration is measured by a differential electrostatic accelerometer. The first results, obtained through the analysis of five sessions, have already demonstrated an improvement of up to 4 orders of magnitude of the constraints on two coefficients of the SME sector of matter-gravity couplings.

The Qweak experiment has taken data to make a 2.5 percent measurement of parity violating elastic ep asymmetry in the four momentum transfer region of 0.0250 (GeV/c)2. This asymmetry is proportional to the weak charge of the proton, which is related to the weak mixing angle, sin2(thetaW). The final Qweak measurement will provide the most precise measurement of the weak mixing angle below the Z° pole to test the Standard Model prediction. A description of the experimental apparatus is provided in this dissertation. The experiment was carried out using a longitudinally polarized electron beam of up to 180 microampere on a 34.5 cm long unpolarized liquid hydrogen target. The Qweak target is not only the world’s highest cryogenic target ever built for a parity experiment but also is the least noisy target. This dissertation provides a detailed description of this target and presents a thorough analysis of the target performance. Statistical analysis of Run 1 data, collected between Feb - May 2011, is done to extract a blinded parity violating asymmetry of size--299.7 +/- 13.4 (stat.) +/- 17.2 (syst.) +/- 68 (blinding) parts-per-billion. This resulted in a preliminary proton’s weak charge of value 0.0865 +/- 0.0085, a 9% measurement. Based on this blinded asymmetry, the weak mixing angle was determined to be sin2(thetaW) = 0.23429 +/- 0.00211.

This thesis presents a search for the supersymmetric partner of the top quark in the final state with one lepton. The search focuses especially in the region of the parameter space where the 2-body decay dominates. The analysis is performed using LHC full Run 2 data at √s = 13 TeV as recorded by the ATLAS detector. No significant excess above the backgrounds is observed, and 95% confidence level exclusion limits are calculated in the stop-neutralino mass plane. Stops are excluded up to 1200 GeV in the low neutralino mass scenario of below 400 GeV. The Tile Calorimeter is part of the ATLAS calorimeter system whose main task is to measure the energy of hadrons. A performance study is conducted on the Tile Calorimeter using muons from W boson decay originating from proton-proton collisions. Each calorimeter cell response is measure in data and compared with detector simulation.  The azimuthal cell response uniformity is also investigated using a likelihood method. Overall, a good data to detector simulation agreement and azimuthal uniformity is observed which shows well-calibrated cells and uniform responses among the calorimeter modules.

<p>This dissertation presents precision measurements of top quark polarizations and top quark pair spin correlations, which probe the independent coefficients of the top-spin components of the top quark pair production density matrix, targeting all channels (ee, eµ,  µµ) of the top quark pair dileptonic decay mode with final states containing two oppositely charged leptons, and using 137.7 fb<strong>⁻¹</strong> of data recorded by the CMS experiment at the LHC with 13 TeV center-of-mass energy, during 2016, 2017, and 2018.</p> <p>All measured observables are corrected for detector efficiencies, acceptances, and migrations, unfolded to parton-level, and extrapolated to the full phase space using a regularized unfolding procedure.</p> <p>Spin-density coefficients are extracted from the unfolded distributions and compared to theoretical predictions and predictions from Monte Carlo simulations with next-to-leading-order matrix element accuracy interfaced with parton-shower algorithms.</p> <p>The measurements are performed both in the full phase-space and differentially as a function of top quark pair invariant mass.</p> <p>The measured coefficients showed decent agreement with the MC predictions, and better agreement when compared to QCD perturbative calculations for top quark pair production at NLO with electroweak corrections, and the measurement precision for one-dimensional normalized unfolded cross-sections and extracted coefficients were improved by as much as a factor of two compared to previous measurements.</p>

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