Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances. / Using the most recent data collected by the ATLAS detector in pp collisions delivered by the LHC at 7 and 8 TeV, this thesis shall establish severe constraints on a variety of models going beyond the Standard Model (SM) of particle physics. More particularly, two types of hypothetical particles, existing in various theoretical models shall be studied and probed. The first type will be the search for vector-like quarks (VLQ) produced in pp collisions through electroweak couplings with the u and d quarks. The quest for these particles will be made as they decay into either W(lν)+jet or Z(ll)+jet. There exist theoretical arguments that establish that, under certain reasonable conditions, single production of VLQ dominates over production in pairs. The particular topology of such events enables the implementation of effective techniques to extract signal over electroweak background. The second type is the search for resonant particles decaying to WZ when the gauge bosons W and Z decay leptonically. The final states detected by ATLAS therefore contain three leptons (e, or μ) and missing transverse energy. The distribution of the invariant mass of these objects will then be examined to determine the presence or absence of new resonances that manifest themselves as localized excesses in m(WZ). Despite the fact that, at first glance, these two new types of particles have very little in common, they are in fact both closely linked to electroweak symmetry breaking. In many theoretical models, the hypothetical existence of VLQ is put forward to counteract the top quark’s contribution to radiative loop corrections of the Higgs mass, a calculation which assumes that the Higgs is an elementary particle. Concurrently, other models foretelling the existence WZ resonances alternatively suggest that the Higgs is a composite particle, completely rewriting the whole Higgs sector of the SM. In this perspective, the two analyses presented in this thesis have a fundamental link with the very nature of the Higgs, thereby extending our knowledge of the origin of particle masses. Ultimately, the two analyses did not observe any significant excess in their respective signal regions, paving the way for the computations of limits on the production cross section as a function of the mass of the resonances.

Utilisant les plus récentes données recueillies par le détecteur ATLAS lors de collisions pp à 7 et 8 TeV au LHC, cette thèse établira des contraintes sévères sur une multitude de modèles allant au-delà du modèle standard (MS) de la physique des particules. Plus particulièrement, deux types de particules hypothétiques, existant dans divers modèles théoriques et qui ne sont pas présentes dans le MS, seront étudiés et sondés. Le premier type étudié sera les quarks-vectoriels (QV) produits lors de collisions pp par l’entremise de couplages électrofaibles avec les quarks légers u et d. On recherchera ces QV lorsqu’ils se désintègrent en un boson W ou Z, et un quark léger. Des arguments théoriques établissent que sous certaines conditions raisonnables la production simple dominerait la production en paires des QV. La topologie particulière des évènements en production simple des QV permettra alors la mise en oeuvre de techniques d’optimisation efficaces pour leur extraction des bruits de fond électrofaibles. Le deuxième type de particules recherché sera celles qui se désintègrent en WZ lorsque ces bosons de jauges W, et Z se désintègrent leptoniquement. Les états finaux détectés par ATLAS seront par conséquent des évènements ayant trois leptons et de l’énergie transverse manquante. La distribution de la masse invariante de ces objets sera alors examinée pour déterminer la présence ou non de nouvelles résonances qui se manifesterait par un excès localisé. Malgré le fait qu’à première vue ces deux nouveaux types de particules n’ont que très peu en commun, ils ont en réalité tous deux un lien étroit avec la brisure de symétrie électrofaible. Dans plusieurs modèles théoriques, l’existence hypothétique des QV est proposé pour annuler les contributions du quark top aux corrections radiatives de la masse du Higgs du MS. Parallèlement, d’autres modèles prédisent quant à eux des résonances en WZ tout en suggérant que le Higgs est une particule composite, chambardant ainsi tout le sector Higgs du MS. Ainsi, les deux analyses présentées dans cette thèse ont un lien fondamental avec la nature même du Higgs, élargissant par le fait même nos connaissances sur l’origine de la masse intrinsèque des particules. En fin de compte, les deux analyses n’ont pas observé d’excès significatif dans leurs régions de signal respectives, ce qui permet d’établir des limites sur la section efficace de production en fonction de la masse des résonances. / Using the most recent data collected by the ATLAS detector in pp collisions delivered by the LHC at 7 and 8 TeV, this thesis shall establish severe constraints on a variety of models going beyond the Standard Model (SM) of particle physics. More particularly, two types of hypothetical particles, existing in various theoretical models shall be studied and probed. The first type will be the search for vector-like quarks (VLQ) produced in pp collisions through electroweak couplings with the u and d quarks. The quest for these particles will be made as they decay into either W(lν)+jet or Z(ll)+jet. There exist theoretical arguments that establish that, under certain reasonable conditions, single production of VLQ dominates over production in pairs. The particular topology of such events enables the implementation of effective techniques to extract signal over electroweak background. The second type is the search for resonant particles decaying to WZ when the gauge bosons W and Z decay leptonically. The final states detected by ATLAS therefore contain three leptons (e, or μ) and missing transverse energy. The distribution of the invariant mass of these objects will then be examined to determine the presence or absence of new resonances that manifest themselves as localized excesses in m(WZ). Despite the fact that, at first glance, these two new types of particles have very little in common, they are in fact both closely linked to electroweak symmetry breaking. In many theoretical models, the hypothetical existence of VLQ is put forward to counteract the top quark’s contribution to radiative loop corrections of the Higgs mass, a calculation which assumes that the Higgs is an elementary particle. Concurrently, other models foretelling the existence WZ resonances alternatively suggest that the Higgs is a composite particle, completely rewriting the whole Higgs sector of the SM. In this perspective, the two analyses presented in this thesis have a fundamental link with the very nature of the Higgs, thereby extending our knowledge of the origin of particle masses. Ultimately, the two analyses did not observe any significant excess in their respective signal regions, paving the way for the computations of limits on the production cross section as a function of the mass of the resonances.

Le LHC (Large Hadron Collider) a produit en 2012 des collisions proton proton à une énergie de 8 TeV dans le centre de masse pour les expériences ATLAS et CMS. Ces deux expériences ont été conçues pour découvrir le boson de Higgs et pour rechercher de nouvelles particules prédites par des modèles théoriques. Le boson de Higgs a été découvert le 4 juillet 2012 par les expériences ATLAS et CMS. Cette découverte marque le début d'une nouvelle période de recherche dans le domaine. Avec la confirmation de l'existence du boson de Higgs, les recherches de nouvelle physique liées à ce boson sont devenues prioritaires. Par exemple, on peut chercher dans les données une nouvelle particule massive qui peut se désintégrer dans un boson de Higgs associé à d'autres particules du modèle standard. Une signature attendue est un boson de Higgs avec un quark top, les deux particules les plus lourdes du modèle standard. Le modèle standard prédit une section efficace pour la production du Higgs avec un quark top. Ainsi une mesure de cette section efficace montrant une valeur plus importante prouverait l'existence de physique au-delà du modèle standard. En outre, l'existence de physique au-delà le modèle standard pourrait montrer des résonances qui se désintègrent dans un quark top et un boson de Higgs. Dans la première partie de ce manuscrit, je présente les bases théoriques et expérimentales du modèle standard, ainsi que le dispositif expérimental. Dans le même chapitre théorique je discute une extension du modèle standard dans le cadre d'un modèle effectif englobant ce dernier. De plus, je détaille une étude de faisabilité d'une recherche d'une des nouvelles particules prédites par ce modèle, un quark vectoriel. Dans la deuxième partie, la recherche dans CMS de ce quark vectoriel T_, partenaire du quark top, est décrite. Ce partenaire du top est une nouvelle particule très similaire au quark top du modèle standard, mais beaucoup plus lourde. On considère le cas où ce nouveau quark se désintègre préférentiellement dans un quark top et un boson de Higgs. J'ai fait cette recherche dans le canal hadronique ou le Higgs se désintègre en deux quarks b et le quark top se désintègre en trois quarks, un quark b et deux quarks légers. J'ai reconstruit la masse du T_ à partir de l'identification de tous ses produits de désintégration. Le résultat obtenu est décrit sous forme des limites observées sur la section efficace de production du T_ déduites à partir de cette analyse / During 2012, the Large Hadron Collider (LHC) has delivered proton-proton collisions at 8 TeV center of mass energy to the ATLAS and CMS experiments. These two experiments have been designed to discover the Higgs boson and to search for new particles predicted by several theoretical models, as supersymmetry. The Higgs boson has been discovered by ATLAS and CMS experiments on July, 4th of 2012, starting a new era of discoveries in particle physics domain. With the confirmation of the existence of the Higgs boson, searches for new physics involving this boson are of major interest. In particular, data can be used to look for new massive particles that decay into the Higgs boson accompanied with other particles of the standard model. One expected signature is a Higgs boson produced with a top quark, the two heaviest particles in the standard model. The standard model predicts a cross section of top-Higgs production, then any enhancement of their associated production will be a clear signature of physics beyond the standard model. In addition, the existence of physics beyond the standard model can also be reflected by resonances that decay into a top-quark and a Higgs boson. In the first part of my work I describe the theoretical and experimental foundations of the standard model, as well as the experimental device. In the same theoretical chapter, I also discuss the formulation of an extension of the standard model. In addition, I describe a feasibility study of a search of one of the particles predicted by such model. The second part contains the realization of the search for a top partner, T_, within the CMS experiment. This top partner is a new particle very similar to the standard model top quark, but much heavier, that can decay into a top quark and a Higgs boson. The analysis looks for this particle in the full hadronic final state, where the Higgs boson decays into two b-quarks and the top quark decays into three standard model quarks, a b and two light quarks. In this channel, I reconstruct its mass from the identification of all its decay products. As a result of the analysis, I show the limits on the T_ production cross section from the number of observed events in the specific signature