Le but premier de la physique des hautes énergies est d'améliorer notre connaissance de la structure fondamentale de la matière, et notamment des particules qui constituent le monde. L'une d'entre elles est le quark top, qui fut découvert en 1995 par les collaborations CDF et DØ auprès du collisionneur protons-antiprotons Tevatron. Un des buts principaux du Tevatron a été depuis l'étude fine des propriétés du quark top, et en particulier de la section efficace de production de paires top-antitop. Différentes analyses ont été menées dans les canaux leptons (μ,e,tau) + jets, dileptons, et tout hadronique afin de déterminer le plus précisément possible les valeurs de ces paramètres, et ainsi de tester la validité du Modèle Standard. Le but principal de cette thèse est de vérifier une des prédictions théoriques du Modèle Standard de la physique des particules, à savoir la section efficace de production top-antitop auprès du collisionneur Tevatron. Le canal étudié est constitué d'un muon, d'un lepton tau, de leurs neutrinos associés, et de deux jets de quark b (l'un d'entre eux provenant d'un quark b, l'autre d'un anti-quark b. La reconstruction et l'identification des jets, des muons, des leptons taus (en particulier par l'utilisation d'un réseau de neurones dédié), et l'étiquetage des jets de b, représentent les éléments fondamentaux de cette étude. Au final, un bon accord entre les données et la simulation Monte Carlo est obtenu à la dernière étape de cette analyse. En outre la mesure finale et la prédiction théorique au niveau NLL+NLO du calcul des perturbations sont compatibles.

Cette thèse présente une mesure de la section efficace de production du quark-top célibataire en voie t avec 1.04 fb-1 de données recueillies par le détecteur ATLAS au LHC à partir de collisions proton-proton d' énergie centre de masse sqrt(s) = 7 TeV. Les événements sélectionnés contiennent un lepton, de l'énergie transverse manquante, et deux ou trois jets, l'un d'eux étant étiqueté comme étant issu d'un quark-b. Le modèle pour le bruit de fond se compose des processus multijets, W+jets et production de paires de quarks top ainsi que de contributions moindres venant d' événements Z+jets et diboson. En utilisant une sélection basée sur la distribution d'un discriminant multivarié construit avec des arbres de décision stimulés, la section efficace de production de quark-top célibataire en voie t a été mesurée. La valeur de 97.3+30.7-30.2 pb a été obtenue. Ce résultat est en bon accord avec la prédiction du Modèle Standard. En supposant que les éléments de la matrice CKM reliée au quark-top obéissent à la relation |Vtb|>>|Vts|, jVtd|, la force du couplage W-t-b est extraite à partir de la section efficace mesurée, |Vtb| = 1.23+0.20-0:19. Si on suppose que |Vtb| <= 1, une limite inférieure |Vtb| > 0.61 est obtenue avec un niveau de confiance de 95%.

Dans la continuité des expériences SuperKamiokande et K2K, OPERA (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus), cherchera à confirmer l'oscillation des neutrinos dans le secteur atmosphérique. Utilisant une technique déjà employée dans CHORUS et DONUT, la chambre à brouillard d'émulsion (Emulsion Cloud Chamber (ECC)), cette expérience permettra la mise en évidence de l'oscillation nµ® nt par apparition de nt dans un faisceau pur de nµ.<br />L'expérience OPERA, avec ses ~100000 m2 d'émulsions nucléaires, nécessite l'utilisation de systèmes de scan automatiques ultra rapides. Les composantes optiques et mécaniques de ces systèmes ont été optimisées pour atteindre une vitesse de scan de ~20 cm2/heure par couche d'émulsion (44 μm d'épaisseur), tout en gardant une résolution sub-micrométrique.<br />Dans la première partie de mon travail de thèse, je me suis consacrée à l'optimisation des 4 systèmes de scan au sein de l'unique station de scan française basée à Lyon. Une étude expérimentale sur les performances d'un scan utilisant un objectif à sec a été également réalisée. Les résultats obtenus montrent que les performances d'un scan « à sec » sont similaires à celles d'un scan traditionnel utilisant un objectif à huile. <br />La deuxième partie de mon travail a consisté à valider la stratégie actuellement utilisée dans OPERA pour la localisation et la reconstruction des vertex de l'interaction des neutrinos, à l'aide d'un test sur faisceau dédié. Les résultats obtenus confirment définitivement que la stratégie proposée est bien adaptée à la recherche du lepton tau.

L'expérience OPERA propose de mettre en évidence l'oscillation par apparition du dans un faisceau pur en . Ce faisceau est produit au CERN, puis dirigé sur le détecteur situé à 732 km plus loin. Le détecteur OPERA est composé de deux spectromètres à muons et d'une cible formée de murs de briques qui sont une alternance de feuilles de plomb et d'émulsions. Cette structure permet de reconstruire avec une haute résolution spatiale la topologie de désintégration en coude du tau. Le grand défi de l'expérience OPERA est de pouvoir mettre en évidence les interactions avec le moins d'incertitude possible à travers l'identification de tout événement de bruit de fond ne comportant pas un . C'est à ce niveau que mon travail apporte une contribution intéressante en offrant la possibilité de réduire d'avantage le bruit de fond. Ma contribution principale d'analyse concerne le développement de la sélection, de la reconstruction et l'identification des muons de basse énergie à l'aide des émulsions nucléaires. Ce travail repose sur la mise en corrélation de variables sensibles à la fois à la perte d'énergie et à la diffusion multiple. Auparavant, seule l'énergie perdue était utilisée dans les analyses de séparation . Mon étude a permis de doubler l'efficacité d'identification des muons de basse énergie ce qui va permettre d'accroître la puissance de rejet des événements de bruit de fond et de diminuer la contamination de 30%. J'ai également étudié le pouvoir des émulsions dans l'identification et la séparation des particules chargées à travers l'analyse d'un test réalisé par le groupe de Nagoya au Japon contenant des protons et des pions de différentes énergies. J'ai montré que le système de scan Européen donne des résultats comparables aux résultats obtenus par le système de scan Japonais.

La collaboration ANTARES construit un télescope à neutrinos en mer Méditerranée. Ce détecteur est composé de 900 PM répartis sur 12 lignes afin de détecter le cône Cherenkov du au muon induit par l'interaction d'un neutrino dans le détecteur. Actuellement les 5 premières lignes de cet instrument ont été connectées. Un premier travail a consisté à étudier la stabilité des calibrations du détecteur, nécessaire pour bien en comprendre le fonctionnement. Ensuite nous nous sommes intéressés aux propriétés optiques de l'eau en développant une méthode de reconstruction dédiée aux balises LED. Les paramètres ainsi extraits étant comparables avec ceux des précédents tests. Nous proposons ici des critères de qualité visant à rejeter les événements mal reconstruits. Ceuxci ont ensuite été appliqués aux données réelles afin de réaliser une analyse préliminaire des muons atmosphériques avec un détecteur à 5 lignes. Les résultats sont comparables à la simulation.

This thesis documents two studies of the neutral charm meson system using the LHCb detector, and gives an overview of the numerous changes made to the LHCb software trigger in advance of Run 2 of the LHC. In the first analysis, amplitude models are applied to studies of the resonance structure in D⁰ &rarr; K⁰_SK^−&pi;⁺ and D⁰ &rarr; K⁰_SK⁺&pi;^− decays using proton-proton collision data, corresponding to an integrated luminosity of 3.0 fb^−1, collected during Run 1 of the LHC. Relative magnitude and phase information is determined, and coherence factors and related observables are computed for both the whole phase space and a restricted region of 100 MeV/c² around the K&ast;(892)^± resonance. Two formulations for the K&pi; S-wave are used, both of which give a good description of the data. The ratio of branching fractions B (D⁰&rarr; K⁰_SK⁺&pi;^−) /B (D⁰&rarr; K⁰_SK^−&pi;⁺) is measured to be 0.655 ± 0.004 (stat) ± 0.006 (syst) over the full phase space and 0.370 ± 0.003 (stat) ± 0.012 (syst) in the restricted region. A search for CP violation is performed using the amplitude models and no significant effect is found. Predictions from SU(3) flavour symmetry for K&ast;(892)K amplitudes of different charges are compared with the amplitude model results, and marginal agreement is found. The second study estimates the sensitivity to D⁰–D⁰ mixing and indirect CP violation parameters that can be achieved using a model-independent technique and the samples of D⁰&rarr; K⁰_SK⁺K^− decays recorded by LHCb in Run 1 and Run 2 of the LHC. These studies show that constraints on these parameters could be significantly improved by an analysis of the anticipated Run 2 dataset.

This thesis presents two measurements made using data collected by the LHCb detector, operating at the Large Hadron Collider accelerator at the CERN particle physics laboratory. The first is a measurement of the production rates of promptly produced D0, D+, Ds+, and D*+ open charm mesons, using data collected in 2015 at a proton-proton centre-of-mass energy of √s = 13 TeV. The second is a search for direct CP violation in two three-body decays of the Lambda_c charm baryon, pKK and ppipi, using data collected in 2011 at √s = 7 TeV and in 2012 at √s = 8 TeV. For each measurement, motivation and context are given from the standpoint of improving the theoretical understanding of the Standard Model and searching for signs of physics that cannot be explained by it, and then the various statistical analysis techniques used to extract physical quantities from the data are explained. The systematic limitations of the method are explored and quantified, and then the results are presented.

ATLAS est une expérience généraliste de physique des particules située sur le collisionneur LHC du CERN. Dans ce document, est résumée mon activité entre 2004 et 2009 au sein de la collaboration ATLAS, qui s'est articulée autour de 2 axes forts : - étude de la mise en route du calorimètre à argon liquide; - estimation du potentiel de découverte de nouveaux bosons de jauge massifs. Les perspectives pour les années 2010-2015, très prometteuses avec les premières collisions attendues sont également détaillées.

L'origine de la masse des particules élémentaires est liée au mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible. Son étude sera l'un des enjeux majeurs de l'expérience Atlas auprès du Large Hadron Collider, au Cern à partir de 2008. Dans la plupart des cas, les recherches seront limitées par notre connaissance des performances du détecteur, telles que la précision avec laquelle l'énergie des particules est reconstruite ou l'efficacité avec laquelle elles sont identifiées. Ce mémoire d'habilitation présente un travail portant sur la reconstruction des électrons dans Atlas avec des données simulées et des données prises durant le test en faisceau combiné qui s'est déroulé en 2004. L'analyse des données d'Atlas nécessite l'utilisation de ressources de calcul et de stockage importantes qui a impliqué le développement d'une grille de calcul mondiale dont un des noeuds est développé au laboratoire. Le manuscrit présente aussi l'effort effectué au LPNHE Paris pour la mise en place d'un Tier 2 en r\égion Ile de France.

La mesure des paramètres de violation de CP dans les désintégrations du type b->uubard permet en principe d'avoir accès à sin(2alpha), où alpha est l'un des angles du triangle d'unitarité. Cependant, la présence de diagrammes à boucle, appelées diagrammes pingouins, complique l'interprétation de la mesure expérimentale, qui ne donne en fait accès qu'à une valeur effective de \alpha : æff. Les mesures dans le canal B0->rho0rho0 permettent de réaliser pour la première fois une analyse d'isospin complète dans les modes B->rhorho, et donc en principe de déterminer le décalage \alpha-æff induit par les diagrammes pingouins. La désintégration B0->rho0rho0 a été étudiée en utilisant l'échantillon final de BABAR, soit $465 10^6$ désintégrations $\Y4S\to\BB$, collectées auprès du collisionneur \epem asymétrique PEP-II. Le rapport d'embranchement du mode B0->rho0rho0 a été mesuré BR=0.92±0.32±0.14 10^{-6} ainsi que la fraction de polarisation longitudinale fL= 0.75+0.11-0.14±0.03. La signifiance du signal B0->rho0rho0 est de 3.1 \sigma en prenant en compte les erreurs systématiques. La dépendance temporelle de la composante longitudinale a été étudiée et les paramètres de violation CP ont également été mesurés: S^{00}_L = 0.3±0.7±0.2, C^{00}_L = 0.2±0.8±0.2. L'implication de ces résultats sur l'angle $\alpha$ du triangle d'unitarité a été étudiée en effectuant une analyse d'isospin. En utilisant les mesures de BABAR pour les modes B->rho+rho- et B±->rho±rho0, la limite supérieure à 68% (90%) sur le décalage induit par la présence de diagrammes pingouins est donnée par: |\alpha-æff|<15.6° (<17.6°)