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

English Version: When humans started looking out at a starry night, astronomy was born. Photons emitted by stars travel up to sometimes billions of light years to reach our eyes, and by studying the properties of this photon flux we are able to infer properties of the star itself. Instead of photons, the IceCube Observatory, located at South Pole, aims at detecting neutrinos and hopes to shed some light on the still unsolved mystery of cosmic-ray acceleration and production mechanisms, and on the most energetic phenomena of the Universe. At the time of this writing, IceCube has proven the existence of an astrophysical neutrino flux with a significance exceeding seven sigmas. Nevertheless, the observed astrophysical neutrino flux shows no significant directional clustering nor a clear association with any known source class so far. Also the latest results given by IceCube’s point source analysis show no significant clustering as well. It is therefore important to widen the search to different source topologies to maximize the discovery potential. In the first part of this work we present an extended source analysis with seven years of IceCube data, adding three years of data to the previous published work and implementing a novel likelihood formulation. Since the extensions of any potential sources are not known a priori, five different extensions have been considered, from 1° to 5°. No significant clustering is observed in any of the maps. The ability of IceCube to establish neutrino astronomy by finding neutrino sources is limited by the number of cosmic neutrinos measured. Despite the aforementioned discovery of an astrophysical flux, detailed spectral studies and searches for specific source locations in this signal remain a challenge with the event sample sizes available from the IceCube instrument. Therefore, a considerable expansion of the current detector, IceCube Gen2, is promoted, which includes the instrumentation of a 10 km3 volume, able to deliver substantial increases in the astrophysical neutrino sample for all flavors. Not only the hardware will be upgraded, but many systems will undergo improvements, such as communications and timing infrastructures. A new communication system has been investigated and is presented in the second part of this document. Binary Phase Shift Keying (BPSK), the simplest digital modulation technique, has been studied as possible communication technique for IceCube Gen2. / French Version: Quand les humains ont commencé à regarder le ciel étoilé, l’astronomie est née. Les photons émis par les étoiles voyagent parfois des milliards d’années lumière avant d’atteindre nos yeux, et c’est grâce à l’étude de ce flux de photons que l’on peut déduire les propriétés des étoiles mêmes. Au lieu des photons, l’Observatoire IceCube, situé au Pôle Sud, a pour but de détecter des neutrinos :il espère éclairer le mystère encore non résolu de l’accéleration et des mécanismes de production des rayons cosmiques, ainsi que des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers. Au moment où ce document a été rédigé, IceCube a démontré l’existence d’un flux de neutrinos astrophysiques avec une signification statistique excédant sept sigmas. Cependant, le flux de neutrinos astrophysiques observé ne montre aucun regroupement directionnel significatif ni une évidence d’association avec aucune source connue à l’heure actuelle. De plus, les derniers résultats fournis par les analyses de sources ponctuelles de la collaboration IceCube ne montrent non plus aucun regroupement. Il est donc important d’étendre ces recherches vers des typologies de sources différentes pour maximiser le potentiel de son découverte. Dans la première partie de ce travail nous présentons une analyse de source étendue basée sur sept années de données d’IceCube, ce qui rajoute trois ans de données au travail précédemment publié tout en mettant en oeuvre une nouvelle formulation de maximum de vraisem- blance. Comme les extensions de sources potentielles ne sont pas connues à priori, cinq extensions différentes ont été considérées, de 1° à 5°. Aucun regroupement significatif n’a été observé sur aucune des cartes. La capacité d’IceCube de consolider l’astronomie neutrino en découvrant des sources de neutrinos est limitée par le nombre de neutrinos cosmiques mesuré. Malgré la découverte susmentionnée d’un flux astrophysique, les études détaillées de spectre ainsi que les recherches de sources spécifiques pour ce type de signal demeurent un défi, à cause de la limitation de taille disponible des échantillons avec l’instrument IceCube. Par conséquent, une expansion considérable du détecteur actuel, IceCube Gen2, est promue :elle inclut l’instrumentation d’un volume de 10 km3, apte à fournir une augmentation importante des échantillons de neutrinos de toutes les saveurs. Non seulement le hardware sera mis à niveau, mais de nombreux autres systèmes subiront des améliorations, comme les infrastructures de communication et de timing. Un nouveau système de communication a été étudié et est présenté dans la deuxième partie de ce document. Le Binary Phase Shift Keying (BPSK), la technique de modulation numérique la plus simple, a été étudiée comme technique potentielle pour IceCube Gen2. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Identifying what makes up the Dark Matter is a long-standing problem to which the abundance of gravitational and cosmological evidence fails to answer. Indirect detection techniques have the aim to unveil the nature of Dark Matter by catching and identifying the products of potential decays and/or annihilations. The work exposed in this thesis is in line with this strategy and has for common thread the quest for line(-like) features in the extraterrestrial fluxes of gamma-rays and neutrinos. The motivation behind this specific interest is that, due to the absence of astrophysical counterparts beyond the GeV scale, these features constitute the ultimate probes (also called “smoking guns”) of the existence of Dark Matter.The thesis is organized in three Parts, the first of which is an introduction to the different facets of the Dark Matter conundrum and why it is not a trivial issue. The works involving gamma-ray line considerations are gathered in Part II, and those exclusively focusing on neutrino lines in Part III.Part II focuses on the effective field theory of Dark Matter decay, first in the context of millicharged particles decaying to gamma-ray lines, and then in the context of (neutral and millicharged) Dark Matter decays involving the simultaneous emission of gamma-ray and neutrino lines. In both cases, the simultaneous emission of cosmic rays is unavoidable and the decays are constrained in a multi-messenger fashion. The complementarity of the results obtained is used to derive model-independent constraints on the Dark Matter lifetime, and shows the possibility to exclude or distinguishsome specific scenarios on the basis of an explicit experimental conjecture.After an introduction to the neutrino detection principles and to the operation of the IceCube detector, Part III focuses on two careful searches for spectral features in the neutrino spectrum. The main goal behind these analyses, conducted in two different regions of the energy spectrum but using the same likelihood ratio procedure, is to popularize dedicated energy distribution studies by showing their ability to reach sensitivity levels comparable to—sometimes even going beyond—those obtained with angular distribution studies or even in the context of gamma-ray line searches. / Option Physique du Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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.

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.

Ce travail de thèse a été effectué au sein de la collaboration ATLAS au LHC. Il s'intéresse dans un premier temps au développement de nouveaux détecteurs Micromegas pour le projet NSW, et dans un second temps à la recherche d'un processus physique très rare : la production de quatre quarks top au LHC, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le programme de physique du LHC prévoit une augmentation significative de la luminosité de l'accélérateur dans les années à venir, en particulier pour la phase haute-luminosité dont le démarrage est prévu en 2026. Certains composants du détecteur ATLAS doivent être mis à jour, notamment les petites roues du spectromètre à muons qui vont devoir supporter une irradiation bien supérieure au niveau actuel. De nouvelles petites roues (NSW) sont en cours de développement et une partie des détecteurs Micromegas pour ces petites roues est construite par l'IRFU. Les performances de ces détecteurs sont validées sur un banc de test utilisant des muons cosmiques. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer un code d'analyse des données de ce nouveau banc de test afin de caractériser les détecteurs Micromegas pour le projet NSW. Le code fournit notamment des informations de gain et d'efficacité de détection, et sera utilisé jusqu'à la fin du projet. Les efficacités mesurées sont globalement en accord avec les attentes sauf sur certaines parties des détecteurs qui doivent être investiguées. Le quark top est un élément central de plusieurs théories au-delà du modèle standard, comme par exemple les modèles avec des dimensions supplémentaires, ou encore qui incluent une modification du secteur du boson de Higgs. Certains de ces modèles prédisent une augmentation de la section efficace de production de quatre quarks top qui est un phénomène très rare dans le modèle standard et dont la section efficace ne vaut qu'environ 12 fb à 13 TeV. L'étude du processus à quatre tops dans le canal à deux leptons de même charge électrique est particulièrement intéressante car le niveau de bruit de fond y est très faible. Ce travail de thèse s'intéresse d'abord à l'analyse des événements à quatre tops avec le détecteur ATLAS, portant sur les données prises en 2015 et 2016. L'étude de ce processus est un défi de par le faible nombre d'événements disponibles, mais aussi à cause du bruit de fond dû aux faux leptons qui est difficile à estimer. Plusieurs limites sont posées sur des modèles de nouvelle physique, et sur la production conforme au modèle standard. Cette dernière limite est combinée avec un résultat provenant du canal à un lepton pour fournir la meilleure limite au moment de sa publication. Le processus de production de quatre quarks top conforme au modèle standard est à nouveau étudié avec l'entièreté des données prises entre 2015 et 2018, dans le but d'en effectuer une première observation. L'analyse de données est en cours, et cette thèse se concentre sur le développement d'une nouvelle méthode d'estimation du bruit de fond dû aux faux leptons. / This doctoral work was carried out as a member of the ATLAS collaboration at the LHC, an accelerator with a center-of-mass energy of 13 TeV. The development of new Micromegas detectors for the NSW project has been studied, along with the search for a very rare physics process : the production of four top quarks at the LHC, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The physics programme of the LHC plans a significant increase of the luminosity in the coming years, especially for the high-luminosity phase beginning in 2026. Some parts of the ATLAS detectors must be upgraded to cope with the increased radiation levels. The small wheels of the muon spectrometer will be replaced by new small wheels (NSW) using Micromegas detectors. IRFU is responsible for producing some of the detectors, which performances are being validated on a test bench using cosmic muons. During this doctoral work, the aim was to develop an analysis code for the test bench data, in order to characterize the Micromegas detectors of the NSW project. The code provides gain and detection efficiency informations, and will be used until the end of the project. The measured efficiencies are in agreement with the expectations except in some parts of the detectors that are being investigated. The top quark plays a central role in many theories beyond the standard model, for instance in models with extra dimensions, or with a modification of the Higgs boson sector. Many of these models predict an enhanced cross section for the very rare four top quark process, which is predicted to be approximately 12 fb at 13 TeV. The study of the four top quark process is particularly interesting in the channel with leptons having the same electric charge because of the very low background level. This doctoral work is firstly carried out on the data taken in 2015 and 2016 by the ATLAS detector, in order to study the four top quark process and some new physics models. This process is very challenging given the very low number of events, and the difficult estimation of the fake lepton background. Several limits are set on new physics models and on the standard model four top quark production. The results on the standard model process are combined with the results from the single lepton channel to set the tightest limit at the time of its publication. The four top quark production is being studied again, using the data taken from 2015 to 2018 this time, with the aim of making a first observation of this process. The doctoral work is focused on a new method for estimating the fake lepton background.

Les incompatibilités entre les simulations numériques, les prédictions théoriques et les observations cosmologiques à courtes et larges échelles suggèrent que la Matière Noire (MN) auto-interagit fortement. Il a été démontré qu’introduire un médiateur léger peut permettre de rendre compte de telles auto-interactions pour la MN. Un tel médiateur permet, de plus, des interactions "portails" entre le "secteur caché" (contenant la MN et le médiateur léger) et le "secteur visible" (contenant les particules que l'on connaît déjà, c'est-à-dire du Modèle Standard). Toutefois, l’espace des paramètres se voit de plus en plus exclu aux vues d’une tension entre, d’une part, les observations cosmologiques et astrophysiques et, d’autre part, le fait que l'on ait à ce jour toujours pas mis en évidence des traces de MN dans aucune expérience de physique des particules.Nous commençons par détailler toutes les contraintes qui s’appliquent aux modèles pour lesquels la MN auto-interagit au moyen d’un médiateur léger. Pour cela, nous considérons les deux exemples de modèles connus du portail de Higgs et du portail de mélange cinétique. Nous discutons ensuite l’effet Sommerfeld et étudions ses nombreuses implications sur de tels modèles. Nous poursuivons en établissant comment rendre compte de la densité relique de MN observée aujourd’hui dans l'Univers dans de tels modèles, c'est-à-dire dans des modèles qui présentent une structure générique composée de trois populations de particules (le Modèle Standard, la MN et le médiateur) connectées les unes aux autres au travers de trois interactions résultantes de deux couplages fondamentaux entre particules. Il apparaît que cela peut être fait selon cinq manières dynamiques différentes qui donnent lieu à neuf régimes de production de la MN dont quatre sont nouveaux. Ces nouveaux régimes de production sont pertinents pour la situation où les particules du secteur caché ne sont pas en équilibre thermique avec les particules du secteur visible.Nous étudions ensuite plus en détail la possibilité d’un secteur caché qui n’est pas thermiquement connecté au secteur visible, en déterminant en particulier l’espace des paramètres autorisé pour des candidats de MN thermaux en termes du ratio des températures des deux secteurs et de la masse de la MN. Nous montrons ensuite que si les deux secteurs ne sont pas thermalement connectés, les deux modèles simples de portails que nous considérons permettent de diminuer les tensions à courtes échelles tout en offrant des candidats de MN viables. Enfin, nous proposons et explorons d’autres modèles minimaux de MN auto-interagissante qui satisfont aux nombreuses contraintes de manière consistante. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans la limite des hautes énergies, la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte peut être compensée par l'apparition de grands logarithmes de l'énergie dans le centre de masse. Toutes ces contributions peuvent être du même ordre de grandeur et sont resommées par l'équation de Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL). De nombreux processus ont été proposés pour étudier cette dynamique. L'un des plus prometteurs, proposé par Mueller et Navelet, est l'étude de la production de deux jets vers l'avant séparés par un grand intervalle en rapidité dans les collisions de hadrons. Un calcul BFKL ne prenant en compte que les termes dominants (approximation des logarithmes dominants ou LL) prédit une augmentation rapide de la section efficace avec l'augmentation de l'intervalle en rapidité entre les jets ainsi qu'une faible corrélation angulaire. Cependant, des calculs basés sur cette approximation ne purent pas décrire correctement les mesures expérimentales de ces observables au Tevatron. Dans cette thèse, nous étudions ce processus à l'ordre des logarithmes sous-dominants, ou NLL, en prenant en compte les corrections NLL aux facteurs d'impact, qui décrivent la transition d'un hadron initial vers un jet, et à la fonction de Green, qui décrit le couplage entre les facteurs d'impact. Nous étudions l'importance de ces corrections NLL et trouvons qu'elles sont très importantes, ce qui conduit à des résultats très différents de ceux obtenus à l'ordre des logarithmes dominants. De plus, ces résultats dépendent fortement du choix des échelles présentes dans ce processus. Nous comparons nos résultats avec des données récentes de la collaboration CMS sur les corrélations angulaires des jets Mueller-Navelet au LHC et ne trouvons pas un bon accord. Nous montrons que cela peut être corrigé en utilisant la procédure de Brodsky-Lepage-Mackenzie pour fixer le choix de l'échelle de renormalisation. Cela conduit à des résultats plus stables et une très bonne description des données de CMS. Finalement, nous montrons que, à l'ordre des logarithmes sous-dominants, l'absence de conservation stricte de l'énergie-impulsion (qui est un effet négligé dans un calcul BFKL) devrait être un problème beaucoup moins important qu'à l'ordre des logarithmes dominants. / In the high energy limit of QCD, the smallness of the strong coupling due to the presence of a hard scale can be compensated by large logarithms of the center of mass energy. All these logarithmically-enhanced contributions can be resummed by the Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) equation. Many processes have been proposed to study these dynamics. Among the most promising ones is the production of two forward jets separated by a large interval of rapidity at hadron colliders, proposed by Mueller and Navelet. A BFKL calculation taking into account only dominant contributions (leading logarithmic, or LL, accuracy) predicts a strong rise of the cross section with increasing rapidity separation between the jets and a large decorrelation of their azimuthal angles. However, such LL calculations could not successfully describe measurements of these observables performed at the Tevatron. In this thesis, we study this process at next-to-leading logarithmic (NLL) accuracy, taking into account NLL corrections both to the impact factors, which describe the transition from an incoming hadron to a jet, and to the Green's function, which describes the coupling between the impact factors. We investigate the magnitude of these NLL corrections and find that they are very large, leading to very different results compared with a LL calculation. In addition, we find that these results are very dependent on the choice of the scales involved in the process. We compare our results with recent data from the CMS collaboration on the azimuthal correlations of Mueller-Navelet jets at the LHC and find a rather poor agreement. We show that this can be cured by using the Brodsky-Lepage-Mackenzie procedure to fix the renormalization scale. This leads to more stable results and a very good description of CMS data. Finally, we show that at NLL accuracy the absence of strict energy-momentum conservation (which is a subleading effect in a BFKL calculation) should be a much less severe issue than at LL accuracy.

Les particules élémentaires ainsi que leur interactions sont décrites par le Modèle Standard. Malgré son grand succès, il y a encore des questions à répondre. Dans cette thése, le processus du Modèle Standard ZZ, lorsque les deux bosons Z se désintègrent en paires de leptons, a été étudié. Les données utilisées ont été prises par le détecteur ATLAS durant l'année 2012, ce qui correspond à une luminosité intégrée de 20 fb-1. L'énergie dans le centre de masse était de 8 TeV. Tous les éléments de l'analyse sont présentés dans ce document: la sélection du signal et son efficacité, l'estimation du bruit de fond, les systématiques associées à la mesure, ainsi que la méthode statistique employée pour l'extraction de la section efficace. La section efficace du processus ZZ sur couche de masse a été mesurée à 6.98±0.41(stat.)±0.36(syst.)±0.20(lumi) pb. La section efficace pour chaque canal a été aussi mesurée dans une volume cinématique ``restreint'', proche du volume reconstruit. Toutes les mesures obtenues sont en accord avec les prédictions theoriques. L'auto-interaction des bosons neutres est interdite dans le Modèle Standard. Si des couplages à trois bosons sont observés, ceux-ci indiqueront donc la présence d'une nouvelle physique. Des observables sensibles à la présence des couplages anormaux ont été examinées. L'impulsion transverse du boson le plus énergétique s'est avérée une des plus sensibles, et elle a été donc utilisée pour l'extraction des limites à 95% CL sur les couplages anormaux. Toutes les limites obtenues sont compatibles avec le Modèle Standard. La connaissance du champ magnétique toroïdal dans le détecteur ATLAS est essentielle pour l'estimation précise de la masse des particules. Une étude sur les senseurs utilisés pour la construction de la carte de champ du détecteur ATLAS a montré que 97% des senseurs sont fiables. La carte de champ existante a été examinée, et malgré l'observation d'anomalies, celles-ci ne sont pas susceptibles d'affecter la détermination de l'impulsion des muons, ni donc de l'estimation de la masse du boson de Higgs. / Elementary particles and their interactions are described by the Standard Model. Even successful, there are still some unanswered questions which need to be addressed. In this work, the ZZ Standard Model process was studied in the leptonic decay channel. The data used were collected by the ATLAS detector during 2012 and correspond to an integrated luminosity of 20 fb-1. The center of mass energy was 8 TeV. All the analysis elements, such as the signal selection and efficiencies, the background estimation, the measurement uncertainties and the statistical method employed for the cross section extraction, are discussed in this document. The total ZZ on-shell cross section is measured to be 6.98±0.41(stat.)±0.36(syst.)±0.20(lumi) pb. A measurement of the on-shell ``fiducial'' cross section, defined in a volume close to the reconstructed one, was also performed for each decay channel. Both total and fiducial measurements are in agreement, within uncertainties, with the SM predictions. The neutral boson-self interactions are forbidden in the SM. Therefore, if triple gauge boson couplings are observed, they will indirectly point to the existence of new physics. Observables sensitive to the presence of anomalous triple gauge couplings, along with the optimal binning were investigated. The traverse momentum of the most energetic boson was among the most sensitive observables, and it was thus used in order to extract 95% CL limits on the anomalous coupling parameters. All observed limits are found to be compatible with the SM expectations. In the framework of this thesis a performance study was conducted. In order to increase particles mass measurement precision, the accurate knowledge of the toroidal magnetic field inside the detector is essential. The sensors used for the production of the ATLAS toroidal magnetic field map were studied, and it was found that more than 97% of these sensors are reliable. The existing magnetic field map was probed, and even though inaccuracies were observed, they are not expected to impact muon momentum estimation and thus not to bias the Higgs boson mass measurement.

Le Grand Collisionneur de Hadrons (Large Hadron Collider, LHC) du CERN a redémarré au printemps 2015 pour trois ans (Run 2) avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV.Une mesure précise de l’efficacité de reconstruction des électrons avec le détecteur ATLAS au LHC, est présente dans la première partie de cette thèse en utilisant les données récoltées au cours de l’année 2015. Cela a permis d’extraire les rapports d’efficacité de reconstruction des électrons, lesquels sont utilisés par toutes les analyses d’ATLAS impliquant des électrons. Les résultats montrent d'une part une grande efficacité de reconstruction des électrons avec le détecteur ATLAS, et une bonne compréhension de ses performances d’autre part.La seconde partie de ce manuscrit est dédiée à la recherche de la production associée du boson de Higgs avec une paire de quarks top (bar), qui pourrait permettre une première mesure directe du couplage de Yukawa entre le boson de Higgs et le quark top. Une déviation dans la mesure par rapport aux prédictions du Modèle Standard serait une preuve manifeste de Nouvelle Physique. La signature de l’état final avec deux leptons de même charge électrique électrons ou muons) est examinée en utilisant les premiers 10\% du total de données attendues pour le Run 2. Une méthode améliorant l'estimation des événements avec de faux (non-prompt) leptons a développé}e et est discutée en détails dans ce rapport. / The Large Hadron Collider (LHC) at CERN restarted in spring 2015 for three years (Run2) at an unexplored center-of-mass energy of 13 TeV. A precise measurement of electron reconstruction efficiency in ATLAS, one of the two general purpose experiments of the LHC, is presented in the first part of this thesis with $Zee$ data sample recorded in 2015. This allows to extract scale factors between data and simulation that are used by all ATLAS physics analyses involving electrons. The results show the high ability of the ATLAS detector to reconstruct electrons from one hand and the good understanding of its performance on the other hand. The second part of the thesis is dedicated to a search for the Higgs boson production in association with a top quark pair (ttH), which could allow a first direct measurement of the top quark Yukawa couplingand could reveal new physics. The signature with two same-charge light leptons (electron or muon) without a hadronically decaying tau lepton final state is examined using the first 10% of the total expected Run2 dataset. Events with fake (non-prompt) leptons represent the main reducible background of this signature. An improved method to estimate it has been developped and is discussed in details in this thesis. Driving the total error, fake leptons background is found to be 1.5 to 3.6 times higher than in simulation and represent between 32 and 48% of the total background. The best-fit value of the ratio of observed and Standard Model cross sections of ttH production process, combining with other multilepton channels, is 2.5±0.7(stat)+1.1-0.9(syst), and an upper limit on this ratio of 4.9 (2.3 expected) is found at 95% confidence level.