The top quark plays an important role in current particle physics, from a theoretical point of view because of its uniquely large mass, but also experimentally because of the large number of top events recorded by the LHC experiments ATLAS and CMS, which makes it possible to directly measure the properties of this particle, for example its couplings to the other particles of the standard model (SM), with previously unknown precision. In this thesis, an effective field theory approach is employed to introduce a minimal and consistent parametrization of all anomalous top couplings to the SM gauge bosons and fermions which are compatible with the SM symmetries. In addition, several aspects and consequences of the underlying effective operator relations for these couplings are discussed. The resulting set of couplings has been implemented in the parton level Monte Carlo event generator WHIZARD in order to provide a tool for the quantitative assessment of the phenomenological implications at present and future colliders such as the LHC or a planned international linear collider. The phenomenological part of this thesis is focused on the charged current couplings of the top quark, namely anomalous contributions to the trilinear tbW coupling as well as quartic four-fermion contact interactions of the form tbff, both affecting single top production as well as top decays at the LHC. The study includes various aspects of inclusive cross section measurements as well as differential distributions of single tops produced in the t channel, bq → tq', and in the s channel, ud → tb. We discuss the parton level modelling of these processes as well as detector effects, and finally present the prospected LHC reach for setting limits on these couplings with 10 resp. 100 fb−1 of data recorded at √s = 14 TeV. / Das Top-Quark spielt eine wichtige Rolle in der aktuellen Teilchenphysik, sowohl aus theoretischer Sicht aufgrund seiner einzigartig großen Masse, aber auch aus experimenteller Sicht wegen der großen Anzahl an Top-Ereignissen, die von den LHC-Experimenten ATLAS und CMS bereits aufgezeichnet wurden. Diese ermöglichen direkte Messungen der Eigenschaften dieses Teilchens, zum Beispiel seine Kopplungen an die anderen Teilchen des Standardmodells (SM), mit einer bis dato unerreichten Genauigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Zugang mittels effektiver Feldtheorie verwendet, um eine minimale und konsistente Parametrisierung aller anomalen Top-Kopplungen an die Eichbosonen und Fermionen des SM zu finden, die mit allen SM-Symmetrien kompatibel ist. Zudem werden verschiedene Aspekte und Konsequenzen der zugrundeliegenden Operatorrelationen für diese Kopplungen diskutiert. Der resultierende Satz von Kopplungen wurde in den Monte Carlo-Ereignisgenerator WHIZARD implementiert, um einen quantitativen Zugang zu den phänomenologischen Implikationen an aktuellen und zukünftigen Teilchenbeschleunigern wie dem LHC oder einem geplanten internationalen Linearbeschleuniger zu ermöglichen. Der phänomenologische Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die geladenen Stromkopplungen des Top-Quarks, beziehungsweise anomale Beiträge zur trilinearen tbW-Kopplung wie zur quartischen Kontaktwechselwirkung der Form tbff, die Einfluss auf die Produktion einzelner Top-Quarks sowie auf deren Zerfall am LHC haben. Die Studie umfasst verschiedene Aspekte der Messung inklusiver Wirkungsquerschnitte, aber auch differentieller Verteilungen einzelner Top-Quarks, die entweder im t-Kanal, bq → tq', oder im s-Kanal, ud → tb, produziert wurden. Diskutiert werden sowohl die Modellierung dieser Prozesse auf Parton-Ebene als auch Detektoreffekte, um schließlich zu einer Abschätzung der voraussichtlichen Ausschlussgrenzen des LHC an solche Kopplungen mit 10 bzw. 100 fb−1 an aufgezeichneten Daten bei √s = 14 TeV zu kommen.

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Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique nucléaire : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 133 réf. bibliogr.

This thesis re-examines soft dilepton emission from a weakly coupled Quark-Gluon Plasma. It shows that Braaten, Pisarski, and Yuan's result, that the dilepton rate rises as 1/q40 (and the spectral weight scales as 1/q0) at small energy q0 ≪ gT is correct, but that the coefficient they found for this behavior is not correct, because their analysis was incomplete. At still smaller scales, the behavior moderates to ∝ 1/q20 for q0 ≲ g4T, consistent with a finite electrical conductivity. An evaluation of the spectral weight in the q0 ~ g4 T region by kinetic theory techniques is carried out. The spectral weight is then shown to satisfy a sum rule, which makes the determination of electrical conductivity from the Euclidean correlation function very challenging.

Universiẗat, Diss., 2002--Bremen.

Cette thèse présente des études pour l’International Linear Collider (ILC), un collisionneur électron-positron linéaire avec une énergie nominale dans le centre de masse de 250 GeV à 500 GeV. Les données analysées ont été enregistrées avec le prototype physique CALICE d’un calorimètre électromagnétique silice-tungstène (Si-W ECAL) à FermiLab en 2008. Au cours de cette thèse, un algorithme de recherche de traces a été développé, qui trouve des traces secondaires dans les événements hadroniques enregistrés par le prototype Si-W ECAL. Cet algorithme révèle des détails sur les interactions hadroniques dans le volume du détecteur et les résultats sont comparés avec des simulations basées sur le GEANT4 toolkit. Les recherches indirectes de nouvelle physique nécessitent une haute précision sur les mesures des paramètres de Modèle Standard. Théories de la physique au-delà de Modèle Standard, comme théories de dimensions supplémentaires ou modèles composite, impliquent des modifications des couplages électrofaibles des quarks lourds, top et bottom. La deuxième partie de la thèse est une étude de simulation complète des algorithmes de vertexing dans l’environnement ILD et la reconstruction de la charge de quark b. La reconstruction de la charge du quark bottom est essentielle pour de nombreux canaux de physique à l’ILC, particulièrement, pour les réactions e⁺e⁻ → bb̄ et e⁺e⁻ → tt̄ . L’algorithme développé améliore la performance de reconstruction de la charge du quark bottom. Les méthodes de reconstruction de la charge du quark bottom sont appliquées à l’analyse du mécanisme de production tt̄ . Cela permet d’augmenter la statistique pour l’estimation du facteur de forme électrofaible du quark top par rapport à une étude antérieure et donc de diminuer les incertitudes statistiques correspondantes. Les résultats de l’étude du détecteur permettent d’estimer la précision de l’ILC sur les couplages et les facteurs de forme électrofaibles du quark bottom. L’ILC sera capable de résoudre l’anomalie du LEP dans le processus de production bb̄. La précision de l’ILC sur le couplage droite Z⁰bb̄, un candidat majeur pour les effets de la nouvelle physique, est calculée et est au moins 5 fois mieux que celle des expériences de LEP. / This thesis presents studies for the International Linear Collider (ILC),a linear electron-positron collider with a nominal center-of-mass energy of 500 GeV. Data are analysed that were recorded with the physics prototype of the CALICE silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (Si-W ECAL) prototype at FermiLab in 2008. During this thesis, a track-finding algorithm was developed, which finds secondary tracks in hadronic events recorded by the Si-W ECAL physics prototype. This algorithm reveals details of hadronic interactions in the detector volume and the results are compared with simulations based on the geant4 toolkit.Indirect searches of New Physics require a high precision on the measurements of the Standard Model parameters. Many Beyond Standard Model theories, like extradimentional or composite models, imply modifications of electroweak couplings of the heavy quarks, top and bottom. The second part of the thesis is a full simulation study of vertexing algorithms in the ILD environment and the reconstruction of the b-quark charge. The b-quark charge reconstruction is essential for many physics channels at the ILC, particularly, for the e+ e− → bb̄ and the e+ e− → tt̄ channels. The developed algorithm improves the b-quark charge reconstruction performance.The b-quark charge reconstruction methods are applied to the tt̄ production process. This allows to increase statistics for the top quark electroweak form factor estimation w.r.t an earlier study and thus to decrease corresponding statistical uncertainties.The results of the detector study allow for an estimation of the ILC precision on the b-quark electroweak couplings and form factors. The ILC will be able to resolve the LEP anomaly in the bb̄ production process. The ILC precision on the right-handed Z⁰bb̄ coupling, a prime candidate for effects of new physics, is calculated to be at least 5 times better than theLEP experiments.

Au LHC, la collision de particules de très hautes énergies permet d’étudier l’interaction forte. En particulier, lors de la collision de deux noyaux (de plomb pour le LHC), un nouvel état de la matière, appelé Plasma de Quarks Gluons (QGP), est créé. L’étude de ce QGP constitue actuellement un des domaines actif de la recherche en physique. Les sondes dures, telles les quarks lourds ou les photons prompts, sont produit dés les premiers instants des collisions faites au LHC. Cette caractéristique les rend idéales pour l’étude du QGP. Elles vont traverser et interagir avec le milieu créé. En comparant avec un cas sans QGP (collisions proton-proton), il sera possible d’évaluer l’influence du plasma sur ces sondes dures et d’en extraire les propriétés telles la température et la densité. Cette étude nécessite donc d’avoir une bonne connaissance de la production de ces sondes dures dans les collisions proton-proton. Le but de ma thèse est l’implémentation des quarks lourds et des photons prompts dans le générateur d’évènements EPOS (codes informatique simulant les collisions), pour les collisions p-p. Le but final sera d’utiliser ce travail pour l’étude du plasma dans les collisions Pb-Pb / At the LHC, strong interaction is studied by doing collisions of high energy particles. In the case of nucleus-nucleus collision (lead at the LHC), a new state of matter, called Quarks Gluons Plasma (QGP), is created. The study of this QGP is currently a lively research field. Hard probes, like heavy quarks and prompt photons, are produced during early times of collisions done at the LHC. This is why they are ideal probes for the study of the QGP. They will go through and interact with the medium produced by the collision. A comparison with a case without QGP (proton-proton- collision) will allow us to see how hard probes properties are modified by themedium. Then, medium properties like temperature and density can be extracted. This study requires a good understanding of hard probes production in proton-proton collisions. The aim of my thesis is the implementation of heavy quarks and prompt photons in the event generator EPOS (computer code for colliders), for p-p collisions. Our final aim is the study of the QGP in Pb-Pb collisions.

Le Modèle Standard de la physique des particules décrit les particules elementaires et leurs interactions avec une grande précision. Il décrit trois des quatre interactions fondamentales connues entre les particules elementaires : les interactions faibles, fortes et électromagnétiques. Le Modèle standard fournit aussi une description précise des interactions électrofaibles jusqu’à des échelles d’énergie qui ont été étudies dans les expériences de physique de haute énergie. Les interactions ainsi que les désintégrations d'un grand nombre de particules découvert et observe tout au long des expériences différentes dans les 50 dernières années sont également décrites. En dépit de son succès, le Modèle Standard est loin d’être une théorie complète des interactions fondamentales car il n’intègre pas la théorie complète de la gravitation telle que décrite par la relativité générale, ni la prédiction de l’accélération de l'expansion de l'univers (qui pourrait être décrite par l’énergie noire). La théorie ne contient aucune particule de matière noire viable qui possède toutes les propriétés déduites de la cosmologie observationnelle. Également, elle ne prend pas en compte les oscillations de neutrinos (et leurs masses non nulles). On pense que la nouvelle physique doit exister conduisant a de nouvelles particules et phénomènes. L’échelle a laquelle cette nouvelle physique devrait apparaıtre n'est pas bien connue, cependant plusieurs arguments soulignent l’échelle du TeV et nécessitent une très haute énergie et des puissants collisionneurs de hadrons. Le Large Hadron Collider (LHC) est le plus grand accélérateur et collisionneur de particules existant. / The Standard Model of particle physics is very successful in describing elementary particles and their interactions with a great precision. It describes three of the four known fundamental interactions between elementary particles : the weak, the strong and the electromagnetic interactions. The Standard Model also provides an accurate description of the electroweak interactions up to energy scales that have been explored in high energy physics experiments. The interaction and decay of a large number of particles discovered and observed throughout different experiments in the last 50 years are also described. Despite its great success, the Standard Model falls short of being a complete theory of fundamental interactions because it does not incorporate the full theory of gravitation as described by general relativity, or predict the accelerating expansion of the universe (as possibly described by dark energy). The theory does not contain any viable dark matter particle that possesses all of the required properties deduced from observational cosmology. It also does not account for neutrino oscillations (and their non-zero masses). It is thought that new physics should exist leading to new particles and phenomena. The scale at which this new physics should appear is not well known, though several arguments point to the TeV scale and require a very high energy and powerful hadron collider. The Large Hadron Collider (LHC) is the biggest existing particle accelerator and collider. It is designed to provide proton-proton collisions with an unprecedented center-of-mass energy of 14 TeV, with instantaneous luminosities up to 10^{34} cm−2s−1.

L'hypothèse d'une quatrième famille de fermions –les particules de matière décrites au sein du Modèle Standard (MS) de la physique des particules– est un des plus simples modèles de nouvelle physique encore non exclu et accessible au démarrage du LHC – le plus puissant collisionneur hadronique au monde depuis 2009. Cette thèse s'intéresse à la production d'une paire de quarks t' se désintégrant chacun via Wb. La recherche se focalise sur le domaine des très hautes masses, où la production peut être distinguée de la production de bruit de fond d'une paire de quark top en exploitant la cinématique des produits de désintégration des collisions p-p produites au centre du détecteur ATLAS. Nous présentons une stratégie originale exploitant la collimation des produits de la désintégration des bosons W de grande impulsion transverse, permettant leur reconstruction explicite. L'analyse s'appuie sur un travail de mise en oeuvre des algorithmes d'identification des jets résultants de la fragmentation des quarks de saveur b. L'étiquetage-b permet à l'expérience ATLAS d'améliorer la (re)découverte du MS, et la sensibilité à la nouvelle physique. Il sera ainsi d'une grande importance pour les futures années d'opération du LHC, raison pour laquelle nous présentons une étude de prospective de ses performances attendues avec l'extension du détecteur à pixels d'ATLAS dénommée IBL. Notre recherche de quark t' a permis d'établir une limite inférieure à la masse du quark t' de 656 GeV à partir des 4.7 fb^−1 de données 7 TeV collectées en 2011, ce qui est la meilleure limite à ce jour en recherche directe, avec également une interprétation dans le cadre du modèle de quarks dits vecteurs. / The hypothesis of a fourth generation of fermions – the matter particles described in the Standard Model (SM) of particle physics – is one of the simplest model of new physics still not excluded and accessible at the start of the Large Hadron Collider (LHC) – the world most powerful hadron collider since 2009. We search for the pair production of up-type t' quarks decaying to a W boson and a b-quark. The search is optimized for the high quark mass regime, for which the production can be distinguished from the top background by exploiting kinematic features of the decay products arising from the proton-proton collisions occurring at the center of the ATLAS detector. We present a novel search strategy reconstructing explicitly very high-pT W bosons from their collimated decay products. The analysis benefits from the commissioning of algorithms intended to identify jets stemming from the fragmentation of b-quarks. These algorithms are based on the precise reconstruction of the trajectory of charged particles, vertices of primary interaction and secondary vertices in jets. The b-tagging ability allows for ATLAS to improve the (re)discovery of the SM, and the sensibility to new physics. It will hence play an important role in the future of the LHC, the reason why we study the expected performance with an upgrade of the ATLAS pixel detector, called IBL and currently under construction. Our search of t' quark, using 4.7 fb^−1 of the 7 TeV data collected in 2011, has resulted in the world most stringent limit, excluding t' masses below 656 GeV, with also an interpretation in the framework of vector-like quarks.

We present an algorithm for the calculation of scalar and tensor one- and two-loop integrals that contribute to the virtual corrections of 2 →2 partonic scattering. First, the tensor integrals are related to scalar integrals that contain an irreducible propagator-like structure in the numerator. Then, we use Integration by Parts and Lorentz Invariance recurrence relations to build a general system of equations that enables the reduction of any scalar integral (with and without structure in the numerator) to a basis set of master integrals. Their expansions in e = 2-D/2 have already been calculated and we present a summary of the techniques that have been used to this end, as well as a compilation of the expansions we need in the different physical regions. We then apply this algorithm to the direct evaluation of the Feynman diagrams contributing to the O(α4/8) one- and two-loop matrix-elements for massless like and unlike quark-quark, quark-gluon and gluon-gluon scattering. The analytic expressions we provide are regularised in Convensional Dimensional Regularisation and renormalised in the MS scheme. Finally, we show that the structure of the infrared divergences agrees with that predicted by the application of Catani's formalism to the analysis of each partonic scattering process. The results presented in this thesis provide the complete calculation of the one- and two-loop matrix-elements for 2 2 processes needed for the next-to-next-to-leading order contribution to inclusive jet production at hadron colliders.