In this thesis we focus on Grand Unified Theories based on the SO(10) gauge group and, in particular, on the viability of the minimal nonsupersymmetric SO(10) models. Technically, this amounts to a detailed assessment of their vac- uum stability and related (non-)tachyonicity of their scalar spectrum. It turns out that the one-loop scalar mass corrections are important for elimination of the tachyonic behaviour of certain pseudo-Goldstone bosons. In this work these issues are briefly reviewed and two distinct methods for the calculation of the critical radiative corrections are discussed. More specifically, besides the revision of the effective potential approach to the 45 ⊕ 16 Higgs model also the standard perturbative theory method is employed for this purpose. The latter approach is particularly suitable for the more realistic 45 ⊕ 126 Higgs model since it appears to be practically impossible to construct the corresponding effective potential in that case. Consequently, diagrammatic methods are used to calculate the SO(10)- invariant leading scalar quantum correction to the problematic pseudo-Goldstone masses in the 45 ⊕ 126 model. 1

This thesis examines the method of forcing in set theory and focuses on aspects that are set aside in the usual presentations or applications of forcing. It is shown that forcing can be formalized in Peano arithmetic (PA) and that consis- tency results obtained by forcing are provable in PA. Two ways are presented of overcoming the assumption of the existence of a countable transitive model. The thesis also studies forcing as a method giving rise to interpretations between theories. A notion of bi-interpretability is defined and a method of forcing over a non-standard model of ZFC is developed in order to argue that ZFC and ZF are not bi-interpretable. 1

Le Modèle Standard de la physique des particules est une théorie quantique des champs qui décrit les particules élémentaires de la matière et leurs interactions. Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN à Genève a été construit afin de tester les prédictions théoriques du Modèle Standard, en produisant des collisions proton-proton avec des énergies au centre de masse jamais atteintes auparavant. ATLAS est l'un des quatre détecteurs construits sur le LHC. Il est optimisé pour reconstruire les particules et leur produits de désintégrations issus de ces collisions. La partie technique de cette thèse est liée au détecteur à pixels d'ATLAS qui fournit une mesure précise des paramètres des traces à côté du point d'interaction. Ceci est important pour l'identification des jets issus de quarks beaux. Nous présentons une analyse des propriétés des amas de pixels avec les données de muons cosmiques collectées en 2008. Ce travail porte essentiellement sur l'étude de l'effet du seuil des pixels sur la taille, la charge et la position des amas principaux associés aux traces à grand angle d'incidence, avec les données et les simulations. Nous avons réalisé aussi une des premières mesures de la section efficace de production de jets issus de quarks beaux au LHC avec les données de collisions proton-proton à une énergie de 7 TeV au centre de masse. C'est la deuxième analyse présentée dans ce document. Une section efficace différentielle de production de jets b a été mesurée avec les données enregistrées par ATLAS en 2010, utilisant les muons dans les jets semi-leptoniques afin d'extraire la fraction de jets b. Les résultats de la mesure sont en bon accord avec les prédictions de la QCD du Modèle Standard. / The Standard Model of elementary particle physics is a quantum field theory describing the fundamental particles which constitute matter and the interactions between them. The Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva was built with the intention of testing various Standard Model predictions, by providing proton-proton collisions at a centre-of-mass energies never recorded before. The ATLAS detector is one of the four particle experiments constructed at the LHC. It is designed to reconstruct particles and their decay products originating from these collisions. The technical part of this thesis is related to the ATLAS pixel detector which provides a precise measurement of tracks next to the interaction point. This is important for the identification of particle jets which originate from bottom quarks. We present an analysis of the pixel cluster properties using cosmic rays data collected in 2008. The main part of this work is dedicated to the study of the effect of online pixel threshold that impacts especially the charge, the size and the position of main clusters associated to tracks at high incidence angle, with data and Monte Carlo. We performed also one of the first measurements of the b-jet production cross section in proton-proton collisions at sqrt{s} = 7 TeV with the ATLAS detector. It is the second analysis presented in this document. A differential b-jet production cross section was measured with the 2010 dataset recorded by the ATLAS detector, using muons in jets to estimate the fraction of b-jets. The measurement is in good agreement with the Standard Model QCD predictions.

Penning trap mass spectrometry (PTMS) can be used to test the Standard Model (SM) and to answer the questions related to the origin and abundance of the elements in the universe. There are several facilities worldwide specialized in PTMS and some of them can measure the masses of isotopes with half-lives in the range of milliseconds. TRIUMF’s ion trap for atomic and nuclear science (TITAN) is one such facility. In mass measurement the precision is linearly proportional to the charge state of the ion of interest. To increase the charge state, ions are charge-bred using an electron beam ion trap (EBIT) at TITAN. However, the charge breeding process introduces an energy spread among the ions which adversely affects the precision of the mass measurement. To overcome this problem a cooler Penning trap (CPET) was designed, assembled and is now being tested off-line. This thesis presents the first systematic test results of CPET. We also present the result of the first Penning trap mass measurement of the isotope 24Al, which is five times more precise than the previous atomic mass evaluation (AME2012) value. The precise and accurate mass of 24Al is important for both astrophysics and for test of the standard model (SM). The resonance energy (E_r) calculated for the 23Mg(p,gamma)24Al reaction using the ground state mass of 24Al reported in this thesis shows a 2s deviation from the direct measurement. On the other hand, tests of the SM by evaluating f_t values using isospin T = 1 nuclides have reached a high precision level. Effort is now shifting towards the T = 2 nuclides, which are far from stability compared to their T = 1 counterparts. For this reason, the ground state masses of T = 2 nuclides and of their decay products are required to be known with high precision. 24Al is the daughter of one such nucleus, 24Si. The ground state mass of 24Al reported in this thesis will be useful to test the SM. / October 2016

La recherche du boson de Higgs ainsi que celle de nouvelle physique auprès du LHC requiert une excellente compréhension des processus du Modèle Standard du fait de leurs signatures expérimentales similaires. La capacité de mesurer le plus précisément possible l'énergie des objets reconstruits dans les détecteurs est par ailleurs primordiale à la fois pour effectuer des mesures de précision et pour accroître la sensibilité des analyses à des signaux de physique au-delà du Modèle Standard. Les travaux présentés dans cette thèse s'attachent à ces deux points par l'étude d'événements contenant un ou plusieurs jets associés à un boson Z avec le détecteur ATLAS. D'une part, ces événements sont utilisés pour améliorer la calibration en énergie des jets de faible impulsion transverse, d'une importance capitale pour les analyses utilisant le dénombrement de jets ou leur veto. D'autre part la section efficace différentielle de production de ces événements est mesurée en fonction de nombreuses observables et comparée à diverses prédictions théoriques. Ces mesures pourront être utilisées pour améliorer les prédictions qui servent de modèles de bruit de fond dans des analyses sur le boson de Higgs et de recherche de physique au-delà du Modèle Standard. / The Higgs boson search as well as searches for new physics at the LHC require a very good understanding of Standard Model processes due to their similar experimental signatures. In addition, the ability to precisely measure the energies of reconstructed objects within the detectors is crucial in order to perform precision measurements and to improve the sensitivity to physics signals beyond the Standard Model. The results presented in this thesis address these two points by studying events containing one or several jets associated to a Z boson with the ATLAS detector. These events are used to improve the jet energy calibration in the low transverse momentum regime, which is important for analyses making use of jet counting or jet veto. The differential cross section for the production of such events is also measured as a function of several observables and compared to various theoretical predictions. These measurements will serve to improve the predictions used to model background contamination in Higgs analyses and searches for new phenomena.

Dans cette thèse, je présente ma contribution à l'observation d'un nouveau boson au LHC avec le détecteur ATLAS dans le canal de désintégration en deux photons. Ce boson est compatible avec le boson scalaire du Modèle Standard longtemps recherché et a une masse de 126.0 +/-0.4 (stat) +/-0.4 (sys) GeV obtenue en combinant les canaux gamma gamma et ZZ. Les données utilisées sont celles collectées par l'expérience ATLAS durant l'année 2011 avec une énergie de centre de masse de 7 TeV et durant les trois premiers mois du run en 2012 avec une énergie de centre de masse de 8 TeV. La luminosité totale correspondante est de ~10 fb-1. L'excès observé a une significance locale de 4.5 sigma dans le canal gamma gamma et de 5.9 sigma en combinant tous les canaux analysés. De même, diverses contributions aux analyses des données, dans le canal H en gamma gamma, depuis l'année 2009 jusqu'en 2012 sont aussi montrées. / In this thesis, I show my contribution to the observation of a new boson at the Large Hadron Collider with the ATLAS detector in the diphoton decay channel. This boson is compatible with the long-searched scalar boson of the Standard Model and has a mass of 126.0+/-0.4+/- 0.4 (sys) GeV obtained when combining the decay channels gamma gamma and ZZ. The data used were collected in the ATLAS experiment during 2011 with a center-of-mass energy of 7 TeV and during the first three months of the 2012 run with a center-of-mass energy of 8 TeV. The total corresponding luminosity is about 10 fb-1. The observed excess has a local significance of 4.5 sigma in the gamma gamma channel and has a significance of 5.9 sigma when combining all the channels used in the analysis. Moreover, diverse contributions to the H into gamma gamma analyses of the data from 2009 to 2012 are also shown.

Une recherche du boson de Higgs est effectuée dans le canal WW → lνlν en utilisant l’ensemble des données de 2011 à une énergie dans le centre de masse de √s = 7 TeV et une partie des données de 2012 à 8 TeV prises par l’expérience ATLAS auprès du LHC. Les luminosités intégrées correspondantes sont 4.7 fb−1 et 5.8 fb−1, respectivement. L’analyse est effectuée avec des coupures. Plusieurs méthodes sont introduites pour estimer à partir des données la contribution de bruits de fond des différents processus afin de minimiser l’utilisation de simulation. Pour la contribution du bruit de fond top dans le canal dominant avec zéro jet, elle est estimée avec une méthode que nous avons proposée. Une autre méthode pour corriger la forme de la distribution de l’énergie transverse manquante dans les événements Drell-Yan à partir des événements W +jets est également présentée. En 2011, le boson de Higgs du modèle standard avec la masse du Higgs de 133 à 261 GeV est exclue à 95% de niveau de confiance, tandis que la plage d’exclusion prévue est de 127 à 234 GeV. En 2012, un excès d’événements au-dessus du bruit de fond attendu est observé dans une plage de masse autour de 125GeV. En combinant les deux échantillons, la probabilité minimale (“p-value”) pour que l’hypothèse bruit de fond seul fournisse autant ou plus d’événements qu’observé dans les données est de 3 × 10−3, ce qui correspond à une signifiance statistique de 2,8 écarts types. Le taux de production mesuré du signal par rapport au taux prédit pour le boson de Higgs du modèle standard à mH = 125GeV est de 1,4 ± 0,5. La probabilité attendue pour un Higgs avec mH = 125GeV est de 0,01, soit de 2,3 écarts types. La limite d’exclusion d’un Higgs dans un modèle avec une quatrième génération est également présentée en utilisant une partie de l’échantillon de données 2011, la gamme de masse entre 120 GeV et 600 GeV a été exclue à 95% de niveau de confiance. Enfin, l’étude sur le temps de dérive dans le calorimètre à argon liquide du détecteur ATLAS est effectuée en utilisant tous les échantillons de données du rayonnement cosmique, du faisceau splash et de collision. Les résultats ne montrent aucune non-uniformité significative sur la largeur de l’espace cellulaire mis à part un effet de “sagging” dans les régions de transition dû au poids du calorimètre. / A Higgs search is performed in the WW → lνlν channel using the full 2011 data at a center-of-mass energy of √s = 7 TeV and part of 2012 data at 8 TeV taken by the ATLAS experiment at the LHC. The corresponding integrated luminosity values are 4.7fb−1 and 5.8fb−1, respectively. The cut based analysis is performed and several data-driven methods for background estimation are introduced. The jet veto survival probability method for top background estimation in 0-jet bin is proposed and used in the Higgs search. Another data-driven method to correct the shape of the missing transverse energy distribution in the Drell-Yan process is also presented. In 2011, the standard model Higgs boson with the Higgs mass from 133 to 261 GeV is excluded at 95% CL, while the expected exclusion range is 127 − 234 GeV. In 2012, an excess of events over expected background is observed at mH = 125GeV. Combining the both samples, the minimum observed p0 value is 3 × 10−3, corresponding to 2.8 standard deviations. The fitted signal strength at mH = 125 GeV is μ = 1.4 ± 0.5. The expected p0 for a Higgs with mH = 125 GeV is 0.01, or 2.3 standard deviations. The exclusion limit for a Higgs in a fourth generation model is shown using part of the 2011 data sample, the mass range between 120GeV and 600GeV has been excluded at 95%CL. The study on the drift time in the liquid argon calorimeter in ALTAS is performed using all special data samples from cosmic muon, beam splash and beam collision data. The results show no significant non-uniformity on the cell gap width and a sagging effect due to gravity is observed.

Deux analyses de physique des particules à hautes énergies sont présentées dans ce manuscrit de thèse, utilisant des événements avec deux leptons de charges opposées et de l'énergie transverse manquante. Ces événements sont sélectionnés parmi 9.7 fb-1 de données totales de collisions pp enregistrées par le détecteur DØ auprès du collisionneur TeVatron du Fermilab à √s=1.96 TeV.La première analyse est la recherche du boson de Higgs se désintégrant en H→WW→μνμν. Aucun excès significatif au-dessus de l'attente pour le bruit de fond n'est observé.Des limites supérieures sur la section efficace de production du boson de Higgs sont donc calculées dans le cadre du modèle standard mais aussi dans l'hypothèse de l'existence d'une quatrième génération de fermions et dans le contexte de couplages fermiophobiques du boson de Higgs.Pour valider la méthodologie de cette recherche, la section efficace de production de la paire de bosons W est mesurée.La seconde analyse est la mesure de l'asymétrie avant-arrière de production de la paire tt. Il s'agit de la première mesure dans le canal dileptonique de l'expérience DØ. Dans ce contexte, une méthode inédite de reconstruction de la cinématique de la paire est utilisée (méthode des éléments de matrice) pour donner une mesure brute de l'asymétrie avant-arrière. A l'aide d'une méthode de calibration dédiée, nous donnons une mesure finale de AFB=18.0 ± 6.0 (stat) ± 3.3 (syst). / Two high energy particle physics analyses are presented in this PhD report using events with two leptons oppositely charged and with missing transverse energy. These events are selected using 9.7 fb-1 of total pp collisions data collected with the DØ detector at the TeVatron at √s=1.96 TeV.The first analysis is the research of the Higgs boson decaying in the H→WW→μνμν channel. No significant excess above the background prediction is observed.Upper limits on Higgs boson production cross-section are computed in the standard model framework but also in the 4th generation of fermions and in the fermiophobic coupling to Higgs boson hypotheses. In order to validate the research methodology, the W boson pair production cross-section is measured.The second analysis is the measurement of the forward-backward asymmetry of the tt pair production. This is the first measurement in the dileptonic channel at DØ experiment. In this context, a new tt pair kinematic reconstruction is used (matrix element method) to give a raw measurement of the forward-backward asymmetry. Thanks to a dedicated calibration method, we give a final measurement of AFB=18.0 ± 6.0 (stat) ± 3.3 (syst).

Dans cette thèse, nous étudions à la fois des observables de basse et de haute énergie liée à la présence de neutrinos massifs. Les oscillations de neutrinos ont apporté des preuves indiscutables en faveur de l'existence de masses non-nulles et de mélanges. Néanmoins, la formulation originale du Modèle Standard ne permet pas d'expliquer ces observations, d'où la nécessité d'introduire de nouveaux modèles. Parmi de nombreuses possibilités, nous nous concentrons ici sur le seesaw inverse, un mécanisme générant des neutrinos massifs par l'ajout de fermions singulets de jauge au Modèle Standard. Ce modèle offre une alternative attractive aux réalisations habituelles du seesaw puisqu'il a des couplages de Yukawa potentiellement naturels (O(1)) tout en conservant l'échelle de la nouvelle physique à des énergies accessibles au LHC. Parmi de nombreux effets, ce scénario peut générer de larges écarts à l'universalité leptonique. Nous avons étudié ces signatures et trouvé que les rapports R_K et R_π constituent de nouvelles contraintes pour le seesaw inverse. Nous nous sommes aussi intéressé à l'intégration de l'inverse seesaw dans différents modèles supersymétriques. Ceci conduit à une augmentation de la section efficace de divers processus violant la saveur leptonique du fait de contributions plus importantes venant des diagrammes pingouins comportant un boson de Higgs ou Z. Finalement, nous avons aussi trouvé que les nouveaux canaux de désintégration ouverts par la présence de neutrinos stériles dans les modèles de seesaw inverse supersymétriques peuvent significativement relaxer les contraintes sur la masse et les couplages d'un boson de Higgs CP-impair. / In this doctoral thesis, we study both low- and high-energy observables related to massive neutrinos. Neutrino oscillations have provided indisputable evidence in favour of non-zero neutrino masses and mixings. However, the original formulation of the Standard Model cannot account for these observations, which calls for the introduction of new Physics. Among many possibilities, we focus here on the inverse seesaw, a neutrino mass generation mechanism in which the Standard Model is extended with fermionic gauge singlets. This model offers an attractive alternative to the usual seesaw realisations since it can potentially have natural Yukawa couplings (O(1)) while keeping the new Physics scale at energies within reach of the LHC. Among the many possible effects, this scenario can lead to deviations from lepton flavour universality. We have investigated these signatures and found that the ratios R_K and R_π provide new, additional constraints on the inverse seesaw. We have also considered the embedding of the inverse seesaw in supersymmetric models. This leads to increased rates for various lepton flavour violating processes, due to enhanced contributions from penguin diagrams mediated by the Higgs and Z bosons. Finally, we also found that the new invisible decay channels associated with the sterile neutrinos present in the supersymmetric inverse seesaw could significantly weaken the constraints on the mass and couplings of a light CP-odd Higgs boson.

Há várias evidências experimentais da existência de matéria escura no universo. Apesar destas evidências, pouco se sabe sobre sua constituição, sabendo-se apenas que interage gravitacionalmente, mas não eletromagneticamente. Neste projeto, investigamos a possibilidade da matéria escura ser composta por partículas supermassivas e fortemente interagentes (Simpzillas). Para isto determinamos o sinal que deve ser deixado no telescópio IceCube por neutrinos resultantes de aniquilações de matéria escura no Sol. Após determinarmos o espectro de neutrinos no centro do Sol, simulamos sua propagação até a superfície, depois até a Terra e através da Terra até o detector. Comparamos então estes resultados com os fornecidos pelo IceCube. Esta comparação permite testar uma região do espaço de fase massa versus seção de choque previamente não-excluída por outros tipos de experiência que não telescópios de neutrinos. Como resultado, concluímos que partículas supermassivas e fortemente interagentes não podem constituir a matéria escura. / There are many experimental evidences for the existence of dark matter in the universe. Despite these evidences, there is no knowledge about its constitution other than the fact that it interacts gravitationally but not electromagnetically. In this project, we investigate the possibility that dark matter is composed of strongly interacting massive particles (Simpzillas). We determine the expected signal in the IceCube telescope from Simpzilla annihilation in the center of the Sun. We first determine the neutrino spectrum in the core of the Sun. We then simulate its propagation through both the Sun and Earth, and finally the rate of neutrinos at the detector. A comparison of these results to the ones published by the IceCube collaboration covers a large region of the yet not excluded regions of the mass versus cross-section phase space. As a result, the possibility of Simpzillas composing the dark matter is ruled out.