Dans cette thèse sont présentées plusieurs études relatives aux désintégrations de mésons Bd et Bs en trois corps sans charme avec un KS dans l'état final.Ces analyses portent sur des données collectées par l'expérience LHCb durant le Run I du LHC, et qui correspondent à une luminosité intégrée de 3 fb-1.Une première analyse consiste à la mesure des rapports d'embranchements des modes B(d,s) -> KSh+h'-, ou h(') désigne un kaon ou un pion.Les mesures précédemment effectuées par LHCb de ces rapports d'embranchement, relativement à celui du mode Bd->KSpi+pi-, sont actualisées.Le but principal de cette analyse est la recherche du mode Bs -> KSK+K-, qui n'a jamais encore été observé.Les rapports d'embranchements, relativement à celui de Bd -> KSpi+pi-, sont mesurés : B(Bs->KSpi+pi-)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.26 +/- 0.04(stat.) +/- 0.02(syst.) +/- 0.01(f_s/f_d) B(Bd->KSKpi)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.17 +/- 0.02(stat.) +/- 0.00(syst.) B(Bs->KSKpi)/B(Bd->KSpi+pi-) = 1.84 +/- 0.07(stat.) +/- 0.02(syst.) +/- 0.04(f_s/f_d) B(Bd->KSKK)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.59 +/- 0.02(stat.) +/- 0.01(syst.)Une première observation de Bs->KSK+K-, correspondant à une significance globale de 3.7 sigmas, est effectuée.Une analyse du plan de Dalitz indépendante du temps et sans étiquetage de saveur du canal Bd -> KSK+K- est effectuée en utilisant l'approche isobare.Les rapports d'embranchement des désintégration quasi-deux-corps des canaux Bd->KS phi, Bd->KS f'2(1525) et Bd->KS chic0 sont mesurés.Ils sont compatibles avec des mesures précédentes effectuées par Babar. / This dissertation presents several studies of the decays of both Bd and Bs mesons to charmless three-body final states including a KS meson.They use the data recorded by the LHCb experiment during Run I of LHC, corresponding to an integrated luminosity of 3 fb-1.A first analysis consists of the measurement of the branching fractions of B(d,s)->KSh+h'- decays, where h(') designates a kaon or a pion.Preceding LHCb measurements of branching fractions for all decay channels, relative to that of Bd->KSpi+pi-, are updated.Furthermore, the primary goal of this analysis is to search for the, as yet, unobserved decay Bs->KSK+K-.The relative branching fractions are measured to be: B(Bs->KSpi+pi-)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.26 +/- 0.04(stat.) +/- 0.02(syst.) +/- 0.01(f_s/f_d) B(Bd->KSKpi)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.17 +/- 0.02(stat.) +/- 0.00(syst.) B(Bs->KSKpi)/B(Bd->KSpi+pi-) = 1.84 +/- 0.07(stat.) +/- 0.02(syst.) +/- 0.04(f_s/f_d) B(Bd->KSKK)/B(Bd->KSpi+pi-) = 0.59 +/- 0.02(stat.) +/- 0.01(syst.) A first observation of Bs->KSK+K- is reported with a global significance of 3.7 sigmas.A flavour-untagged, time-independent Dalitz-plot analysis of Bd->KSK+K- is presented, using the isobar approach.The quasi-two-body branching fractions of Bd->KS phi, Bd->KS f'2(1525), and Bd->KS chic0 are measured.They are compatible with previous measurements from Babar.

Dans le Modèle Standard de la physique des particules, le mécanisme Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) décrit le phénomène du mélange des quarks. De ses paramètres, l'angle gamma est celui connu avec la moins grande précision. Les mesures directes donnent une incertitude d'environ 15º, importante comparée à celle sur la valeur extraite des ajustements globaux, de 3º. Pour vérifier la cohérence du Modèle Standard, gamma doit être mesuré précisément. Cela est possible en utilisant des processus au niveau des arbres, où seules des contributions du Modèle Standard sont attendues, ou avec des processus impliquant des boucles, qui peuvent être sensibles à des effets au-delà. Des différences entre la mesure de gamma avec des diagrammes en arbres et avec des boucles pourraient être donc une indication de nouvelle physique. Cette thèse présente la première mesure des observables CP dans la désintégration B0 -> DK*0. Celle-ci est sensible à gamma du fait de l'interférence entre l'amplitude des diagrammes b -> u et b -> c, au niveau des arbres. L'asymétrie CP dans le mode B0 -> D(K+K-)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 1 /fb de données récoltées par l'expérience LHCb en 2011,A_KK_d = -0,452 +/- 0,230 +/- 0,025 = A_CP+,R_KK_d = 1,360 +/- 0,366 +/- 0,075 = R_CP+. L'asymétrie CP du mode supprimé B0 -> D(K-pi+)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec le favorisé B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 3 /fb de données récoltées en 2011 et 2012,A_sup_d = -0,094 +/- 0,318 = A_ADS,R_d = 0,075 +/- 0,023 = R_ADS. Les études réalisées sur le système de déclenchement hadronique de l'expérience LHCb sont aussi présentées.

Dans le Modèle Standard de la physique des particules, le mécanisme Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) décrit le phénomène du mélange des quarks. De ses paramètres, l'angle gamma est celui connu avec la moins grande précision. Les mesures directes donnent une incertitude d'environ 15º, importante comparée à celle sur la valeur extraite des ajustements globaux, de 3º. Pour vérifier la cohérence du Modèle Standard, gamma doit être mesuré précisément. Cela est possible en utilisant des processus au niveau des arbres, où seules des contributions du Modèle Standard sont attendues, ou avec des processus impliquant des boucles, qui peuvent être sensibles à des effets au-delà. Des différences entre la mesure de gamma avec des diagrammes en arbres et avec des boucles pourraient être donc une indication de nouvelle physique. Cette thèse présente la première mesure des observables CP dans la désintégration B0 -> DK*0. Celle-ci est sensible à gamma du fait de l'interférence entre l'amplitude des diagrammes b -> u et b -> c, au niveau des arbres. L'asymétrie CP dans le mode B0 -> D(K+K-)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 1 /fb de données récoltées par l'expérience LHCb en 2011,A_KK_d = -0,452 +/- 0,230 +/- 0,025 = A_CP+,R_KK_d = 1,360 +/- 0,366 +/- 0,075 = R_CP+. L'asymétrie CP du mode supprimé B0 -> D(K-pi+)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec le favorisé B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 3 /fb de données récoltées en 2011 et 2012,A_sup_d = -0,094 +/- 0,318 = A_ADS,R_d = 0,075 +/- 0,023 = R_ADS. Les études réalisées sur le système de déclenchement hadronique de l'expérience LHCb sont aussi présentées. / In the Standard Model of particle physics, the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mechanism describes the quark mixing effect. The CKM gamma angle is one of the parameters of the Standard Model that are known less accurately. Direct measurements give an uncertainty of around 15º, large with respect to the uncertainty on the value extracted from global fits, of 3º. In order to test the Standard Model consistency, the gamma angle needs to be measured precisely. This can be done using processes at the tree-level, where only Standard Model contributions are expected, or using processes involving loop diagrams, which can be sensitive to physics beyond the Standard Model. Differences in the gamma measurement from tree and loop diagrams would be an indication of new physics. This thesis presents the first measurement of the CP observables in the B0 -> DK*0 decay. Sensitivity to gamma arises from the interference of the b -> u mediated amplitude with the b -> c one, at the tree-level. The CP asymmetry of the B0 -> D(K+K-)K*0 mode and the partial width ratio of this channel with respect to B0 -> D(K+pi-)K*0 are measured using 1 /fb of data collected by the LHCb experiment in 2011,A_KK_d = -0.452 +/- 0.230 +/- 0.025 = A_CP+,R_KK_d = 1.360 +/- 0.366 +/- 0.075 = R_CP+. The CP asymmetry of the suppressed B0 -> D(K-pi+)K*0 mode and the partial width ratio with respect to the favoured B0 -> D(K+pi-)K*0 are measured using the total 3 /fb of data collected in 2011 and 2012,A_sup_d = -0.094 +/- 0.318 = A_ADS,R_d = 0.075 +/- 0.023 = R_ADS. In addition, the studies performed on the hardware hadronic trigger of the LHCb experiment are also presented.

Cette thèse est dédiée à l’étude des désintégrations B0 s → φγ au LHCb afin de mesurer la polarisation du photon . Au niveau des quarks, ces désintégrations procèdent via une transition pingouin b→ sγ et sont sensibles aux éventuelles contributions virtuelles de Nouvelle Physique. La mesure de la polarisation du photon permet de tester la structure V – A du couplage du Modèle Standard dans les processus des diagrammes de boucles de pingouin. Cette mesure peut être réalisée en étudiant le taux de désintégration dépendant du temps des mésons B. Une analyse délicate a été faite pour comprendre la distribution du temps propre et l’acceptance de sélection qui affecte cette distribution. Afin de contrôler l’acceptance de temps propre, des méthodes basées sur les données ont été développées. Plusieurs stratégies utilisées dans la mesure de la polarisation des photons sont introduites et des résultats préliminaires sont présentés. De plus, une étude de certains effets systématiques est discutée. Dans le cadre de l’étude des désintégrations radiatives, une nouvelle procédure d’identification de photons a été développée et nous avons fourni un outil pour calibrer la performance de la variable de séparation photon/pion neutre sur la simulation. Ces outils sont d’intérêt général pour la collaboration LHCb et sont largement utilisés. / This thesis is dedicated to the study of the photon polarization in B0 s → φγ decays at LHCb. At the quark level, such decays proceed via a b→ sγ penguin transition and are sensitive to possible virtual contributions from New Physics. The measurement of the photon polarization stands also as a test of the V – A structure of the Standard Model coupling in the processes mediated by loop penguin diagrams. The measurement of the photon polarization can be done through a study of the time-dependent decay rate of the B meson. A delicate treatment has been done to understand the proper time distribution and the selection acceptance affecting it. To control the proper time acceptance, data driven control methods have been developed. Several possible strategies to measure the photon polarization are introduced and preliminary blinded results are presented. A study of some of the systematic effects is discussed. In the context of studying radiative decays, the author has developed a new photon identification procedure and has provided a tool to calibrate the performance of the photon/neutral pion separation variable on simulation. Those tools are of general interest for the LHCb collaboration and are widely used.