Doctor of Philosophy / Physics / Andrew G. Ivanov / In this thesis the measurement of production cross section of top-quark pairs in association with a photon in proton-proton collisions at a center of mass energy of 8 TeV is presented. The data was recorded at the CMS experiment at the LHC in 2012. This measurement aims to extend our knowledge of top quark properties and help to test consistency of the Standard Model (SM) of particle physics. Data-driven methods are used to estimate the photon identification efficiency and purity. The measured cross-section agrees with the standard model expectation.

We investigate phase transitions in holographic models of QCD. In chapter I, we explore the effect of constant external U(1) fields on the physics of chiral symmetry breaking, as realized in the D3/D7 model. We discover that this model exhibits the phenomenon of magnetic catalysis, which is what one would expect from a weakly coupled field theory intuition. In chapter II, we continue exploring the effect of external U(1) fields but now on the backreacted D3/D7 model, where the backreaction is obtained via a smearing procedure. We again find the magnetic catalysis effect, however the results differ from the previous case depending on the backreaction parameters. In chapter III, we investigate lattices of instantons in the D4/D8 model of chiral symmetry breaking. These instanton lattices can change dimensionality, and in particular we investigate the 1D [right arrow] 2D transition as a simpler case of the more complicated 3D [right arrow] 4D transition which is conjectured to be holographically dual to the baryonic to quarkyonic phase transition. Besides this interpretation, one could also view this as a hypothetical condensed matter system. We have a lattice of instantons dominated by two-body forces, whose interactions depend not only on their mutual distance in physical space but also on their relative orientations in the internal isospace. We obtain a rich variety of instanton crystals whose description could serve to be useful beyond holography. / text

Ce document résume et ordonne quelques dix années de recherche de son auteur dans le domaine des mesures de précision électrofaibles. Le lecteur y trouvera la description de mesures d'observables de quarks lourds produits au pôle du boson Z et étudiés par le détecteur ALEPH auprès du collisionneur électron-positron LEP jusqu'à des analyses phénoménologiques des données de physique des saveurs conduites au sein du groupe CKMfitter. Une large partie de ce document est consacrée aux travaux non encore publiés de conception, de tests, de production, d'installation et de mise en œuvre des dispositifs électroniques qui équipent le détecteur de pied de gerbes du calorimètre électromagnétique de l'expérience LHCb auprès du LHC.

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%.

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Effective field theories can be used to describe measurements at e⁺e⁻ colliders over a wide kinematic range while allowing reliable error predictions and systematic extensions. We show this in two physical situations. First, we give a factorization formula for the e⁺e⁻ thrust distribution dσ/dτ with thrust T and τ = 1 − T based on soft collinear effective theory. The result is applicable for all τ, i.e. in the peak, tail, and far-tail regions. We present a global analysis of all available thrust distribution data measured at center-of-mass energies Q = 35 to 207 GeV in the tail region, where a two parameter fit to the strong coupling constant α(s)(m(Z)) and the leading power correction parameter Ω₁ suffices. We find α(s)(m(Z)) = 0.1135 ± (0.0002)expt ± (0.0005)hadr ± (0.0009)pert, with x²/dof = 0.91, where the displayed 1-sigma errors are the total experimental error, the hadronization uncertainty, and the perturbative theory uncertainty, respectively. In addition, we consider cumulants of the thrust distribution using predictions of the full spectrum for thrust. From a global fit to the first thrust moment we extract α(s)(m(Z)) and Ω₁. We obtain α(s)(m(Z)) = 0.1140 ± (0.0004)exp ± (0.0013)hadr ± (0.0007)pert which is compatible with the value from our tail region fit. The n-th thrust cumulants for n ≥ 2 are completely insensitive to Ω₁, and therefore a good instrument for extracting information on higher order power corrections, Ω'(n)/Qⁿ, from moment data. We find (˜Ω₂)^1/2 = 0.74 ± (0.11)exp ± (0.09)pert GeV. Second, we study the differential cross section dσ/dx of e⁺e⁻-collisions producing a heavy hadron with energy fraction x of the beam energy in the center-of-mass frame. Using a sequence of effective field theories we give a definition of the heavy quark fragmentation function in the endpoint region x → 1. From the perspective of our effective field theory approach we revisit the heavy quark fragmentation function away from the endpoint and outline how to develop a description of the heavy quark fragmentation function valid for all x. Our analysis is focused on Z-boson decays producing one B-meson. Finally, we will give a short outlook of how we want to apply our approach to determine the leading nonperturbative power corrections of the b-quark fragmentation function from LEP experiments.

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