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Cette thèse porte sur l'étude de la diffraction avec le détecteur ATLAS au LHC. Après une brève introduction a la physique diffractive incluant la diffraction dure et molle, nous présenterons la production d'évènements "Jet-Gap-Jet" qui est particulirement intéressante pour tester les équations d'évolution de la Chromodynamique Quantique de Balitski Fadin Kuraev Lipatov. En utilisant des coupures permettant de sélectionner ce signal et une définition du "gap" basée sur la reconstruction des traces dans le détecteur interne d'ATLAS, nous observons un signal clair d'évènements "Jet-Gap-Jet" dans les données. A partir d'une taille de "demi-gap" de 0.8, les données ne peuvent pas être décrites de manière correcte en utilisant l'échantillon Monte Carlo des données de jets sans gap. Nous prouvons également que la production d'évènements "Jet-gap-Jet" avec les deux protons détectes dans AFP permet de réaliser un test propre de la théorie BFKL avec une luminosité de 300 pb-1. Dans la derniere partie de la these, nous presentons la production exclusive de jets et de pi+pi-. Apres la selection des donnes, le rapport signal sur bruit est de l'ordre de 5/9 (1/13) pour µ = 23 (46). Pour une luminosite integree respective de 40(300) fb-1 (pour un "pile-up" de 23(46)), cette mesure permettra d'etablir des contraintes sur les modeles theoriques dix fois plus precises qu'actuellement. La mesure de la production exclusive de pions en utilisant le detecteur ALFA permet de contraindre egalement les modeles exclusifs. Nous avons montre que les donnees accumulees par ALFA suffiront deja pour mesurer la section efficace de production et pour etudier differentes distributions comme la masse invariante du systeme pion-pion. / The thesis is devoted to the study of diffractive physics with the ATLAS detector at the LHC. After a short introduction to diffractive physics including soft and hard diffraction, we discuss Jet-Gap-Jet production at the LHC which is particularly interesting for testing the Balitski Fadin Kuraev Lipatov QCD evolution equation. Using the signal selection requirements and a gap definition based on tracks reconstructed in the ATLAS Inner Detector, we observe a clear signal of Jet-Gap-Jet events in the data. Starting from the half-gap size of 0.8 the data cannot be properly described using only the Jet Monte Carlo sample without gaps. Furthermore, we demonstrated that DPE JGJ production, with both protons tagged in the AFP stations, should provide a significant test of the BFKL theory, once the 300 pb−1 of integrated luminosity is collected. In the last part of the thesis, we discussed the processes of Central Exclusive Jet and Exclusive π+π− production. After the data selection, the signal to background ratio is found to be of about 5/9 (1/13) for < μ >= 23 (46). For a collected integrated luminosity of 40(300) fb−1 (for pile-up of 23(46)) this measurement will deliver ten times better constraints on the theoretical models than the most recent ones. The additional measurement of exclusive pion production, relying on the use of the ALFA stations, allows to constrain further the exclusive models. We demonstrated that a data sample collected by the ALFA detectors should be sufficient to measure the cross sectionand to study various distributions, especially the invariant mass of the pion-pion system.

I - Sections efficaces de production de pions et de kaons<br />lors de collisions proton noyau de l'ordre du GeV<br /><br />L'étude des propriétés des hadrons dans la matière nucléaire est un sujet d'intérêt actuel. Les kaons chargés positivement possèdent un anti-quark étrange qui ne peut pas être réabsorbé et constituent donc une sonde intéressante du milieu nucléaire.<br />La première partie de cette thèse étudie les sections efficaces de production de pions et de kaons lors de collisions proton noyau pour une énergie incidente de l'ordre du GeV.<br />Dans un premier temps, le modèle de Dynamique Quantique Moléculaire utilisé pour simuler les collisions proton noyau est décrit. Puis, les sections efficaces totales des processus élémentaires implémentées dans le modèle sont présentées. Ensuite, les effets de la fonction spectrale du nucléon sur la production de pions et de kaons sont mis en évidence dans les sections efficaces doublement différentielles. Finalement, les conséquences des corrélations observées entre les nucléons du noyau sont discutées.<br /><br />II - Mesures de sections efficaces de production de particules chargées légères<br />lors de réactions induites par protons de 62,9 MeV sur cible de plomb<br /><br />Pour développer des options nouvelles de gestion des déchets nucléaires, des recherches sont menées sur les systèmes hybrides. La seconde partie de cette thèse s'inscrit dans le cadre des mesures de données nucléaires liées à la conception de tels systèmes. Un pouvoir prédictif suffisant des codes théoriques, de 20 à 150 MeV, nécessite de nouvelles mesures de sections efficaces pour les contraindre.<br />L'expérience réalisée a pour but de déterminer les sections efficaces de production de particules chargées légères (p, d, t, 3He, a) lors de réactions induites par protons de 62,9 MeV sur une cible de plomb 208Pb.<br />Le contexte général de cette partie est présenté en premier lieu. Puis, le dispositif expérimental composé de 7 télescopes triple (Si, Si, CsI(Tl)) est décrit. Les chapitres suivants sont consacrés au dépouillement des données (identification des particules, étalonnage des détecteurs) et à l'extraction des sections efficaces. Finalement, une étude comparative de nos résultats expérimentaux à ceux des codes théoriques est menée.

Cette thèse porte sur l'étude de la diffraction avec le détecteur ATLAS au LHC. Après une brève introduction a la physique diffractive incluant la diffraction dure et molle, nous présenterons la production d'évènements "Jet-Gap-Jet" qui est particulirement intéressante pour tester les équations d'évolution de la Chromodynamique Quantique de Balitski Fadin Kuraev Lipatov. En utilisant des coupures permettant de sélectionner ce signal et une définition du "gap" basée sur la reconstruction des traces dans le détecteur interne d'ATLAS, nous observons un signal clair d'évènements "Jet-Gap-Jet" dans les données. A partir d'une taille de "demi-gap" de 0.8, les données ne peuvent pas être décrites de manière correcte en utilisant l'échantillon Monte Carlo des données de jets sans gap. Nous prouvons également que la production d'évènements "Jet-gap-Jet" avec les deux protons détectes dans AFP permet de réaliser un test propre de la théorie BFKL avec une luminosité de 300 pb-1. Dans la derniere partie de la these, nous presentons la production exclusive de jets et de pi+pi-. Apres la selection des donnes, le rapport signal sur bruit est de l'ordre de 5/9 (1/13) pour µ = 23 (46). Pour une luminosite integree respective de 40(300) fb-1 (pour un "pile-up" de 23(46)), cette mesure permettra d'etablir des contraintes sur les modeles theoriques dix fois plus precises qu'actuellement. La mesure de la production exclusive de pions en utilisant le detecteur ALFA permet de contraindre egalement les modeles exclusifs. Nous avons montre que les donnees accumulees par ALFA suffiront deja pour mesurer la section efficace de production et pour etudier differentes distributions comme la masse invariante du systeme pion-pion.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à certains aspects concernant les phénomènes hadroniques à basse énergie sous 1 GeV, en dessous de laquelle la symétrie chirale de la Chromodynamique Quantique (QCD) est spontanément brisée. En dessous de cette échelle d'énergie, le spectre de QCD se réduit à un octet de mésons légers pseudo-scalaires (π, K and η). Mais à cause du confinement, QCD sous 1 GeV devient hautement non perturbative - il n'est donc plus possible de décrire à basse énergie la dynamique de ces mésons en termes de gluons et de quarks (ici seuls les quarks légers u, d et s sont concernés). Deux alternatives principales à cet obstacle majeur existent néanmoins: la QCD sur réseau ainsi que les Théories Effectives des Champs. La QCD sur réseau consiste à calculer de manière numériques les diverses observables hadroniques, alors que les théories effectives permettent de nouveau une approche analytique (et perturbative) adaptée à une échelle d'énergie donnée. Dans le cas de QCD à basse énergie, c'est la Théorie Chirale des Perturbations (ChiPT) qui joue le rôle de théorie effective. Cette théorie peut être construite à partir de deux saveurs de quarks légers (u et s) ou trois (u,d, et s). Il est alors possible d'utiliser certains résultats de calculs sur réseau (ainsi que certains résultats expérimentaux) afin d'extraire des valeurs numériques pour les divers paramètres libres que contient la théorie chirale. Il fut néanmoins observé que le développement en séries chirales de quelques observables hadroniques sont numériquement "malades" dans le cadre de la théorie à trois saveurs. En effet, des travaux antérieurs montrent qu'il pourrait exister une possible compétition numérique entre l'Ordre Dominant (LO) et l'Ordre Sous-Dominant (NLO): en place de la hiérarchie usuelle LO>>NLO, l'équivalence LO~NLO prévalerait. La partie principale de la thèse consiste ainsi à la description et l'utilisation d'une version alternative de ChiPT, nommée Théorie Chirale des Perturbations Ressommée (ReChiPT ). Quelques observables hadroniques de basse energie sont calculées puis étudiées dans ce cadre "ressommé", puis nous procédons à l'ajustement de certaines données de QCD sur réseau obtenues par des simulations à 2+1 quarks dynamiques sur ces observables exprimées en ReChiPT: les constantes de désintégrations et les masses de l'octet (π, K, η), ainsi que les facteurs de forme Kl3. Nous testons ensuite la validité de notre assertion concernant la possible compétition numérique observée dans les séries chirales. Enfin, dans la dernière partie, nous discutons plusieurs aspects analytiques et numériques concernant certaines quantités topologiques liées de manière intrinsèque à la très complexe structure du vide de QCD, dans le cadre de ChiPT (ressommé), et nous confrontons de nouveau cette étude à des données réseau 2+1.

Am Schwerionensynchrotron der GSI Darmstadt wurde die Produktion von K- und pi-Mesonen in Proton-Kern-Kollisionen (&amp;quot;pA&amp;quot;) experimentell untersucht. Verschiedene Targetkerne (C, Au), Strahlenergien (1.6, 2.5, 3.5 GeV) und Beobachtungswinkel (32°-64°) ergaben eine reichhaltige Systematik und gestatteten Extrapolationen auf totale Wirkungsquerschnitte. In der Arbeit werden Vergleiche der einzelnen Messungen miteinander und mit pA-Messungen anderer Gruppen angestellt und diskutiert. Die Einordnung zwischen pp- und AA-Daten und der Vergleich mit theoretischen Vorhersagen ermöglicht grundlegende Aussagen über das Verhalten von K-Mesonen in Kernmaterie, sogenannte Medium-Effekte.