The Standard Model of particle physics is a successful theory, yet it is incomplete. Supersymmetry is one of the favoured extensions of the Standard Model, elegantly addressing several unresolved issues. This thesis presents a search for the pair production of supersymmetric particles chargino one and neutralino two, where the neutralino two decays to the lightest neutralino and the 125 GeV Higgs boson. The final states considered for the search have large missing transverse momentum, an isolated lepton and two jets identified as originating from bottom quarks. The analysis is based on 20.3 inverse femtobarns of 8 TeV proton-proton collision data delivered by the Large Hadron Collider and recorded with the ATLAS detector. No excess over Standard Model predictions is observed. The analysis has been combined with three independent searches that probe other decay modes of the Standard Model Higgs boson. Limits are set at 95% confidence level in the context of a simplified supersymmetric model. Common masses of chargino one and neutralino two are excluded up to 250 GeV for a massless neutralino one. The analysis of this dissertation has been reinterpreted in the context of a large scan of the phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model, along with 22 other ATLAS Run 1 searches. The resulting summary paper represents the most comprehensive assessment of the ATLAS constraints on Supersymmetry models to date. / Graduate / 0798 / cdavid@uvic.ca

This thesis presents three searches for new resonances in dijet invariant mass spectra. The spectra are produced using √s = 13 TeV proton-proton collision data recorded by the ATLAS detector. New dijet resonances are searched for in the mass range 200 GeV to 6.9 TeV in mass. Heavy new resonances, with masses above 1.1 TeV, are targeted by a high mass dijet search. Light new resonances, with masses down to 200 GeV, are searched for in dijet events with an associated high momentum object (a photon or a jet) arising from initial state radiation. The associated object is used to efficiently trigger the recording of low mass dijet events. All of the analyses presented in this thesis search for an excess of events, localised in mass, above a data-derived estimate of the smoothly falling QCD background. In each search no evidence for new resonances is observed, and the data are used to set 95% C.L. limits on the production cross-section times acceptance times branching ratio for model-independent Gaussian resonance shapes, as well as benchmark signals. One particular benchmark signal which is considered in all of the searches is an axial-vector Z' dark matter mediator model whose parameter space is reduced due to the results presented in this thesis.

Le travail présenté dans cette thèse a pour sujet la mesure du seul mécanisme de production électrofaible de quark top qui n'ait pas encore été observé au collisionneur hadronique du CERN (LHC): la voie-s. L'intérêt réside dans la confirmation des prédictions du Modèle Standard, mais le but est aussi de contraindre plusieurs scénarios de nouvelle physique à partir de la combinaison de la section efficace voie-s avec celle des autres canaux de production single top, la voie-t et Wt. Après une introduction générale sur la physique du quark top et les dispositifs expérimentaux visant à la détection et la reconstruction des objets physiques, on présente deux analyses réalisées des données de collisions proton-proton enregistrées par le détecteur ATLAS `a une énergie dans le centre de masse de 7 et 8 TeV. Etant donné que la production de quark top en voie-s est caractérisée par une tr`es faible pureté et que, en même temps, elle est défavorisée au LHC puisque elle a lieu par annihilation quark-antiquark, une technique multi variée a été appliquée dans les deux cas afin de discriminer le signal. Pour l' étude à 7 TeV, relatif à une luminosité intégrée de 4.7 $fb^{-1}$, deux classificateurs basés sur des arbres de décision boostés sont entrainés contre les événements de bruits de fond principaux; une coupure appliquée sur un des discriminateurs met en oeuvre une sélection des événements, la distribution issue de l'autre discriminateur est ensuite employée dans un fit de maximum de vraisemblance. Cela permet de d'eriver une limite supérieure sur la section efficace voie-s de 21.5 pb (14.3 pb attendu), correspondant à une portée de 0.6 déviations standard (0.8 attendu). L'analyse à 8 TeV, qui est basée sur une luminosité intégrée de 20.3 $fb^{-1}$, repose sur une strat'egie plus simple: seulement un classificateur BDT est optimisé pour isoler le signal, après une préalable sélection des événements grâce `a de simples coupures. Sa distribution discriminante est ensuite ajustée aux données selon la même approche qu' `a 7 TeV, en considérant les incertitudes systématiques et statistiques pendant la génération de pseudo expériences. La portée de la mesure étant encore inférieure à trois déviations standard (1.5 $sigma$ observé et 1.4 attendu), seule une limite `a 95% C.L. peut être établie sur la section efficace; le résultat correspond `a 15.7 pb (7.9 pb attendu). / The work reported in this thesis is aimed at measuring with the ATLAS detector theonly mechanism of top quark electroweak production which has not yet been observedat the Large Hadron Collider: the s-channel. Its interest relies in the confirmationof the Standard Model predictions but, as well, in the possibility of constraining severalnew physics scenarios when comparing the s-channel cross section with the oneof the other single top production modes (the Wt and t-channel). After a generalintroduction upon top physics and the experimental setup employed for the detectionand the reconstruction of the physics objects, we present two analyses realizedwith proton-proton collisions collected by the ATLAS detector at a center of massenergy of 7 and 8 TeV. Since the s-channel production is characterized by a verylow purity and, at the same time, is not favoured at the LHC because it proceedsvia quark-antiquark annihilation, a multivariate approach is applied in both cases todiscriminate the signal. For the 7 TeV study, based on an integrated luminosity of4.7 fb−1, two boosted decision trees classifiers are optimized against the main sourcesof background; a cut realized on one of such discriminants implements a tight eventselection, after which the second output distribution is used for a maximum likelihoodfit to the data. This allows to set an upper limit on the s-channel cross section of21.5 pb (14.3 pb expected), corresponding to a significance of 0.6 standard deviations(0.8 expected). The 8 TeV analysis, based on an integrated luminosity of 20.3 fb−1,has a simpler strategy: only one boosted decision trees classifier is trained to isolatesignal after a preliminary cut-based selection; its output distribution is then fitted tothe data with the same approach than at 7 TeV, taking into account the systematicand statistical uncertainty via the generation of pseudoexperiments. The significanceof the s-channel measurement being lower than 3 σ (1.3 standard deviation observed,1.4 expected), only a 95% C.L. limit can be set on the cross section; the result ishowever improved and corresponds to 14.6 pb (7.9 pb expected).3

La production de photons de grande impulsion transverse lors des collisions proton-proton (p-p), est décrite par la chromodynamique quantique perturbative (pQCD). Parmi ces photons, ceux issus directement d’un processus partonique énergétique (appelés photons directs) sont particulièrement intéressants car leur mesure permet de tester précisément les prédictions de la pQCD et offre la possibilité de mieux contraindre les fonctions de structure du proton. Ce travail de thèse a pour objectif l’étude et la mesure des photons directs produits dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE. Le calorimètre électromagnétique d’ALICE (EMCal), est utilisé pour réaliser cette mesure qui s’appuie notamment sur l’utilisation d’une procédure d’isolement permettant de réduire le bruit de fond provenant des autres modes de production (fragmentation, décroissance). Les aspects relatifs à la qualité des données dans EMCal, à l’identification des photons, mais aussi ceux liés à la correction du spectre ou encore à sa normalisation sont mis en avant. Finalement, la première section efficace de photons isolés mesurée dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE est présentée et comparée avec les prédictions théoriques avant d’être mise en regard avec les résultats issus des autres grandes expériences du LHC. / The high transverse momentum photon production inproton-proton collisions (p-p) is described by perturbativequantum chromodynamics (pQCD). Among thesephotons, those produced directly by an energetic partonicinteraction (called direct photons) are of great interestsince their measurement allows to test pQCDpredictions and it allows also the constraint of protonstructure functions. The work of this thesis aims atstudying and measuring direct photons produced in p-pcollisions at 7 TeV with the ALICE detector. The ALICEelectromagnetic calorimeter (EMCal) is used to achievethis measurement which is based on an isolation procedurethat allows to reduce background coming fromother photon production modes (fragmentation, decay).Multiple aspects like EMCal data quality, photon identificationas well as spectrum correction and its normalizationare highlighted. Finally, the first isolated promptphoton cross-section measured with ALICE detector ispresented, compared to theoretical predictions and tothe last results from other LHC experiments.

This thesis will present results on the measurement of Z boson production in the electron channel associated with b-jets in proton-proton collision at 13 TeV, a measurement of fundamental interest in precision measurements and physics searches. This measurement represents important precision tests of perturbative QCD and provides information related to the b-quark inside of the proton. This measurement also represents one of the main sources of background in top quark production studies, Higgs precision measurements and the search for supersymmetric particles. The results on cross section measurements and kinematic distributions presented in this work have been unfolded to particle level and are compared to the four and five flavor schemes in Monte Carlo generators, showing that the predictions are consistent within the experimental uncertainties. In this thesis it will be also shown results of the development of the new event selection system proposed for high luminosity measurements. This system will be implemented during the second LHC long shutdown (2019-2020), which involves studies on the reconstruction of electrons using the concept of supercells, where the fine granularity of the cells of the ATLAS Liquid Argon detector is exploited to mitigate the problems to be found in high luminosity conditions. One of the problems is the increase of pile-up, caused by secondary collisions of protons in the same event, generating a large number of low pT jets that can be erroneously identified as electrons. The studies in this work introduce new discriminants based on the electromagnetic shower shape, showing that is possible to further reduce the rate of low pT jets maintaining a good performance on electron reconstruction. / Esta tese apresentará resultados da medida da produção de bósons Z no canal de elétrons associado com jatos b em colisões próton-próton a 13 TeV, uma medida de fundamental interesse em medidas de precisão e buscas por nova física. Essa medida representa importantes testes de precisão da QCD perturbativa e prove informações relacionadas ao quark b dentro do próton. Essa medida também representa uma das principais fontes de background na produção do quark top, medidas de precisão do Higgs e na busca de partículas supersimétricas. Os resultados na medida da seção de choque e distribuições cinemáticas apresentadas neste trabalho são comparados com os esquemas de quatro e cinco sabores nos geradores Monte Carlo, mostrando que as predições são consistentes dentro das incertezas experimentais. Nesta tese também serão apresentados estudos do desenvolvimento de um sistema de seleção de eventos proposto para medidas em alta luminosidade. Esse sistema será implementado durante o segundo LHC long shutdown (2019-2020), envolvendo estudos na reconstrução de elétrons usando o conceito de supercélulas, onde a fina granularidade das células do detector de Argônio Líquido do ATLAS será aproveitada para mitigar as dificuldades que se terão em condições de alta luminosidade. Um dos problemas é o aumento do empilhamento (pile-up), causado por colisões secundárias de prótons no mesmo evento, gerando uma grande quantidade de jatos de baixo pT que podem ser erroneamente identificados como elétrons. Os estudos neste trabalho apresentam novos discriminantes com base na forma da cascata eletromagnética, mostrando que é possível reduzir ainda mais a taxa de jatos de baixo pT mantendo uma boa reconstrução de elétrons.

Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) fonctionne depuis 2009 à la frontière franco-suisse. Cet accélérateur de particules a produit des quantités importantes de collisions proton-proton, à des énergies dans le centre de masse de 7 TeV (2010 et 2011), et 8 TeV (depuis avril 2012). L'un des buts de l'expérience Compact Muon Solenoid (CMS), qui enregistre et analyse ces collisions, est la recherche de bosons de Higgs. Dans le cadre du Modèle Standard, cette particule serait le quantum du champ de Higgs, qui permet d'expliquer le mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. Un canal parmi les plus sensibles pour la recherche d'un boson de Higgs léger (c'est-à-dire pour des masses du boson de Higgs entre 90GeV/c2 et 150GeV/c2) au LHC est la désintégration en deux photons. En effet, la production de deux photons isolés de haute énergie dans l'état final constitue un signal clair en milieu hadronique, malgré le faible rapport d'embranchement. De plus, à ces masses, la largeur du pic en masse invariante reconstruite est dominée par la résolution du détecteur. Une compréhension fine de l'objet photon, tel que reconstruit par l'expérience, est donc un pré requis obligatoire. La première partie de mes travaux de thèse porte sur l'étude des désintégrations radiatives Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ ces désintégrations sont la seule source de photons certifiés de haute pureté du Modèle Standard, pour laquelle l'impulsion transverse des photons est relativement proche de celle prévue pour des photons issus d'un boson de Higgs. L'étude de ces désintégrations a permis la détermination de l'échelle d'énergie différentielle des photons dans les données à 7 TeV. Elles ont également été utilisées dans les données à 8 TeV comme outil de validation des variables de forme de cluster pour les photons dans la simulation, ainsi que pour déterminer l'efficacité des critères de réjection des électrons. La deuxième partie de mes travaux de thèse traite de la recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons. Cette recherche est effectuée en plusieurs classes d'évènements pour améliorer la sensibilité, et l'étude de cette procédure de séparation en classes est présentée. Enfin, une analyse de faisabilité de recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons, produit lors de la désintégration d'un quark vecteur lourd à 14 TeV a été effectuée / The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (European Organisation for Nuclear Research) has been in operation since 2009 at the border between France and Switzerland. This particle accelerator has provided a significant quantity of proton-proton collisions, at center of mass energies of 7 TeV (2010 and 2011) and 8 TeV (since April 2012). One of the purposes of the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment, which records and analyses those collisions, is the search for Higgs bosons. In the Standard Model, this particle would be the quantum of the Higgs field, thought to explain the electroweak symmetry-breaking mechanism. One of the most sensitive channels for the search for a light Higgs boson (i.e. for masses between 90 GeV=c2 and 150 GeV=c2) at the LHC is through its decay into two photons. Indeed, the production of two highly energetic and isolated photons in the final state is a clean signal in hadronic collisions, despite the small branching ratio. Moreover, at these masses, the width of the reconstructed invariant mass peak is dominated by the detector resolution. Hence, a precise understanding of the photon object as reconstructed by the experiment is required. The first part of the work presented here is the study of radiative decays Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ these decays are the only Standard Model source of high purity certified photons, for which the transverse momentum of the photon is relatively similar to the one of the photons coming from a Higgs boson decay. The study of these decays enables the determination of the differential photon energy scale in the 7 TeV data. These decays have also been used in the 8 TeV data as a validation tool of photon cluster shape variables in the simulation, and also as a way to determine the electron rejection criteria efficiency. The second part of the work concerns the search for a Higgs boson decaying into two photons. This search is done in several event classes in order to increase the sensitivity of the analysis, the study of the class separation procedure is presented. Finally, a benchmark study for the search for a Higgs boson decaying into two photons via vector-like top-partner decays at 14 TeV has been performed

This thesis will present results on the measurement of Z boson production in the electron channel associated with b-jets in proton-proton collision at 13 TeV, a measurement of fundamental interest in precision measurements and physics searches. This measurement represents important precision tests of perturbative QCD and provides information related to the b-quark inside of the proton. This measurement also represents one of the main sources of background in top quark production studies, Higgs precision measurements and the search for supersymmetric particles. The results on cross section measurements and kinematic distributions presented in this work have been unfolded to particle level and are compared to the four and five flavor schemes in Monte Carlo generators, showing that the predictions are consistent within the experimental uncertainties. In this thesis it will be also shown results of the development of the new event selection system proposed for high luminosity measurements. This system will be implemented during the second LHC long shutdown (2019-2020), which involves studies on the reconstruction of electrons using the concept of supercells, where the fine granularity of the cells of the ATLAS Liquid Argon detector is exploited to mitigate the problems to be found in high luminosity conditions. One of the problems is the increase of pile-up, caused by secondary collisions of protons in the same event, generating a large number of low pT jets that can be erroneously identified as electrons. The studies in this work introduce new discriminants based on the electromagnetic shower shape, showing that is possible to further reduce the rate of low pT jets maintaining a good performance on electron reconstruction. / Esta tese apresentará resultados da medida da produção de bósons Z no canal de elétrons associado com jatos b em colisões próton-próton a 13 TeV, uma medida de fundamental interesse em medidas de precisão e buscas por nova física. Essa medida representa importantes testes de precisão da QCD perturbativa e prove informações relacionadas ao quark b dentro do próton. Essa medida também representa uma das principais fontes de background na produção do quark top, medidas de precisão do Higgs e na busca de partículas supersimétricas. Os resultados na medida da seção de choque e distribuições cinemáticas apresentadas neste trabalho são comparados com os esquemas de quatro e cinco sabores nos geradores Monte Carlo, mostrando que as predições são consistentes dentro das incertezas experimentais. Nesta tese também serão apresentados estudos do desenvolvimento de um sistema de seleção de eventos proposto para medidas em alta luminosidade. Esse sistema será implementado durante o segundo LHC long shutdown (2019-2020), envolvendo estudos na reconstrução de elétrons usando o conceito de supercélulas, onde a fina granularidade das células do detector de Argônio Líquido do ATLAS será aproveitada para mitigar as dificuldades que se terão em condições de alta luminosidade. Um dos problemas é o aumento do empilhamento (pile-up), causado por colisões secundárias de prótons no mesmo evento, gerando uma grande quantidade de jatos de baixo pT que podem ser erroneamente identificados como elétrons. Os estudos neste trabalho apresentam novos discriminantes com base na forma da cascata eletromagnética, mostrando que é possível reduzir ainda mais a taxa de jatos de baixo pT mantendo uma boa reconstrução de elétrons.

L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), construite sur l'anneau du LHC (Large Hadron Collider) a enregistré une quantité colossale de données provenant des collisions proton-proton de 2009 à 2012 à des énergies dans le centre de masse de 7 TeVet 8 TeV. Cette expérience est consacrée aux mesures de précision des paramètres du modèle standard, à l'étude du boson de Higgs ainsi qu'à la mise à l'épreuve de théories au-delà du modèle standard. Un certain nombre de ces théories prévoient l'existence de particules appelées leptoquarks, de nouveaux bosons se couplant à la fois aux leptons et au quarks. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation du Modèle Standard des particules et à une introduction théorique aux leptoquarks. La seconde présente brièvement le fonctionnement du LHC et de l'expérience CMS. La troisième partie est dédiée au travail effectué dans le groupe générateur de CMS au cours de la première année de ma thèse. Cette mission consistait principalement à générer et à valider massivement des évènements Monte-Carlo avec le logiciel Madgraph pour l'ensemble de la collaboration CMS. Enfin, la dernière partie porte sur l'analyse de données et la recherche de paires de leptoquarks scalaires de troisième génération. Trois canaux de désintégration des LQ sont envisagés : en quark top et lepton tau, en quark top et neutrino et enfin en quark top et muon. Cette étude est basée sur l'ensemble des données enregistrées par l 'expérience CMS au cours de l'année 2012. Ce qui représente une luminosité intégrée totale de 19,7 fb. Différentes sélections basées sur au moins un lepton et de nombreux jets sont examinées afin de définir les régions présentant les meilleures efficacités de signal par rapport au fond du Modèle Standard. Enfin, une optimisation des coupures sur des variables très discriminantes est réalisée afin d'obtenir les meilleures limites à 95% de confiance sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Aucun excès significatif par rapport aux prévisions du modèle standard n'a pu être mis en évidence ce qui a permis de poser des limites sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Les leptoquarks de troisième génération sont exclus jusqu'à des masses de 320 GeV à 95 % de niveau de confiance pour le canal top tau, jusqu'à 240 GeV pour le canal top nu et jusqu'à 910 GeV pour le canal top mu / Installed on the LHC (Large Hadron Collider) ring, the CMS experiment (Compact Muon Solenoid) recorded a great amount of proton-proton collisions data from 2009 to 2012 at center of mass energies of 7 TeV and 8 TeV. This experiment was designed for precise measurements of the Standard Model parameters, for Higgs boson studies and to test theories beyond the standard model. Some of these theories foresee the existence of leptoquarks which are new bosons with couplings to both leptons and quarks. The first part of this thesis is dedicated to a presentation of the Standard Model and to a leptoquarks theoretical introducion. The second one briefly explains how the LHC and the CMS experiment work. The third part details the work accomplished during the first year of my thesis in the CMS generator group. Finaly, the last one deals with data analysis and the search of third generation leptoquarks pair production. Three LQ desintegration channels are investigated : to a top quark and a tau lepton, to a top quark and a neutrino and at last to a top quark and a muon. This study is based on the full integrated luminosity recorded during 2012, namely 19.7 fb. Various selections requiring at least one lepton and several jets are scrutinized in order to identify the regions with best signal efficiency regarding to Standard model backgrounds. Finally, a selection optimisation on discriminative variables is performed to extract the best 95 No significative excess with respect to Standard Model expectations was found. Thus we were able to set limits on the leptoquarks pair production cross sections. Third generation leptoquarks with masses below 320 GeV, 240 GeV and 910 GeV are excluded for the top tau, top nu and top mu channels, respectively

The proton, one of the basic constituents of atoms, was discovered around 1920. Its structure has been intensively studied since that time mainly with the help of proton- proton collision experiments. Main progress has started when corresponding experiments at the world's first hadron collider ISR at CERN which ran from 1971 to 1984 were performed. The understanding of the structure and interactions of this subatomic particle protons has been, however, rather incomplete. Only some very general models have been available especially in the case of higher collision energies when very different kinds of collisions have existed. Some very simplifying assumptions of unclear physical meaning have been then involved in models concerning elastic processes. The influence of these assumptions on physical interpretation has started to be studied and some progress has been made when the eikonal model has been proposed, i.e., the dependence of elastic collisions on corresponding impact parameter values has been taken into account from the beginning. However, even if some new results have been obtained many unanswered questions have remained. For example, the collision process has been denoted generally as probabilistic but corresponding probabilities have not been sufficiently defined and determined. The given thesis contains,...

Le LHC (Large Hadron Collider) fournit aux expériences du CERN (Laboratoire Européen pour la Physique des Particules) des collisions proton-proton avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse depuis fin Mars 2010. Le LHC a en particulier été conçu pour permettre la recherche du boson de Higgs, particule prédite par le modèle standard encore jamais observée à ce jour, dans toute la gamme de masse où il est attendu. Ce travail de thèse est une contribution à la recherche du boson de Higgs dans CMS (Compact Muon Solenoid), l'un des quatre grands détecteurs placés auprès du LHC, et développe plusieurs outils qui permettent la mesure des bruits de fonds et l'amélioration du potentiel de découverte. Un nouvel outil de récupération des photons émis par les leptons dans l'état final de la désintégration H --> ZZ(*) ->4≪(≪=e mu) a été développé dans cette thèse. Cette méthode permet la récupération d'un nombre variable de photons par événements, donne une meilleure performance que la méthode précédemment utilisée dans CMS et permet l'amélioration de la résolution sur la masse des bosons Z0 et du boson de Higgs, ainsi qu'un gain de 5% sur la significance d'une observation du boson de Higgs dans ce canal. La deuxième partie de cette thèse traite de l'étude des bruits de fond et de la recherche d'un boson de Higgs léger (110 < mH < 140 GeV) dans le canal H --> γγ. Un nouvel outil de discrimination γ/πi0 à l'aide d'un réseau de neurone a été mis au point pour le rejet des photons provenant de la désintégration des π0 produits copieusement dans les jets de QCD. Les performances du réseau de neurone sont examinées dans le détail. Le réseau de neurone est alors utilisé comme variable "template" permettant la mesure du processus γ+X à partir des données avec 10 nb−1 de luminosité intégrée dans CMS. La mesure du processus γγ+X est aussi préparée à partir de la simulation dans l'hypothèse d'une luminosité intégrée de 10 pb−1. La prise en compte des effets cinématiques aux ordres supérieurs, nécessaire pour la prédiction la plus précise possible du signal H -> γγ et du bruit de fond, est effectuée dans cette thèse par la méthode de repondération, pour le gg -> H γγ processus au NNLO et pour la première fois pour le processus γγ +X au NLO, dans les deux cas à l'aide de distributions doublement différentielles. Les outils de repondération et de discrimination γ/π0 sont ensuite intégrés dans l'analyse pour améliorer la sensibilité de CMS à la recherche du boson de Higgs dans le canal H->γγ dans le modèle standard et au-delà, grâce à une paramétrisation effective développée par des phénoménologues avec lesquels nous avons travaillé. / The LHC (Large Hadron Collider) provides proton-proton collisions to CERN (European Organization for Nuclear Research) experiments at a 7 TeV center of mass energy since March 2010. The LHC has been designed in particular to allow the Higgs boson searches, particle predicted in the standard model but still not discovered until today, in the whole mass range where it is expected. This thesis is a contribution to the Higgs boson searches in CMS (Compact Muon Solenoid), one of the four big detectors at LHC. The thesis develops several tools which allow to measure the backgrounds and to improve the discovery potential. A new tool for recovery of photons emitted by leptons in the final state H --> ZZ(*) ->4≪(≪=eμ) has been developed in this thesis. This method recovers a variable number of photons per event, performs better than the method previously used in CMS and improves Z^0 and Higgs bosons mass resolution. A 5% gain on the significance to observe a Higgs boson in this channel is reached. The second part of this thesis deals with studies of the backgrounds and the searches for a light Higgs boson (110 < mH < 140 GeV) in the channel H --> γγ. A new tool for γ/πi0 discrimination with a neural network has been developed to reject photons coming from π0 decays, copiously produced in QCD jets. The neural network performance is examined in details. The neural network is then used as "template" variable to measure γ+X process in data with 10 nb−1 of integrated luminosity. The measurement of γγ+X process is also prepared with simulation in the luminosity hypothesis of 10 pb−1. Taking into account higher order kinematic effects is necessary to perform the best prediction of H -> γγ signal and backgrounds. In the thesis this is carried out with a reweighting method, at NNLO for gg -> H γγ process and for the first time at NLO for γγ +X process, in both cases with doubly differential distributions. Reweighting procedure and γ/πi0 neural network are then integrated in the H -> γγ analysis to improve CMS sensitivity in the standard model and beyond, thanks to an effective parameterization developed by phenomenologists we were working with