L'International Linear Collider (ILC) est un projet de futur collisionneur électron positron opérant à une énergie nominale dans le centre de masse de 500 GeV. Il fera des mesures de précision, par exemple d'un boson de Higgs léger qui pourrait être bientôt découvert au Large Hadron Collider. Les détecteurs de l'ILC prévus à cet effet seront composés de calorimètres à haute granularité.Cette thèse présente l'étude de la réponse d'un calorimètre électromagnétique silicium tungstène hautement granulaire (ECAL SiW) ainsi que l'étude de la production du quark top à l'ILC.Le prototype d'un ECAL SiW développé par la collaboration CALICE a été testé sous faisceaux de particules chargées au FNAL en Mai et Juillet 2008. Après avoir sélectionné des pions chargés négativement et entrant dans le ECAL, sa haute granularité est mise à profit pour introduire une classification en quatre types d'événements, afin de décrire des interactions hadroniques.Des modèles de dimensions supplémentaires expliquent l'anomalie AFBb du LEP par une modification des couplages des quarks de troisième génération au boson Z. Ces effets motivent l'étude de la désintégration semileptonique des paires de quarks top, effectuée ici au moyen d'une simulation complète du détecteur ILD proposé pour l'ILC à une énergie dans le centre de masse de 500GeV pour une luminosité intégrée L = 500 fb-1. Les performances de ce détecteur permettent d'atteindre des efficacités de sélection de plus de 70% avec une pureté meilleure que 95%. Cela se traduit par une précision relative d'environ 1% sur l’asymétrie gauche-droite de la production du quark top ALR ainsi que sur l'asymétrie avant-arrière du quark top AFBt dans le cas où les électrons sont polarisés à 80% et pas les positrons. Les incertitudes relatives sur les couplages gauche et droit du quark top au boson Z peuvent aller jusqu'à 0.9% et 1.5%. / The International Linear Collider (ILC) is a proposed e+e- collider with a center-of-mass energy of 500 GeV or more, aimed at precision measurements, e.g. of a light Higgs boson that could be discovered soon at the Large Hadron Collider. Its detectors foresee the use of fine grained calorimeters to achieve the desired precisions.This thesis presents the study of the response to hadrons of a highly granular silicon-tungsten electromagnetic calorimeter (SiW ECAL), and the study of top quark pair production at the ILC.The SiW ECAL prototype developed by the CALICE collaboration was tested with beams of charged particles at FNAL in May and July 2008. After selecting single negatively charged pions entering the ECAL, its fine granularity is used to introduce a classification among four types of events, used to describe hadronic interactions.Motivated by extra-dimensional models which may explain the AFBb LEP anomaly by modifying the couplings of third generation quarks to the Z boson, the semileptonic decay of the top quark is studied with a full simulation of the proposed ILD detector for the ILC at center-of-mass energy of 500 GeV and integrated luminosity of 500 fb-1. Detector performances permit to reach efficiencies larger than 70% in finding those events with purity larger than 95%. This translates into a relative accuracy of about 1% on both the left-right asymmetry of top production ALR and the top forward-backward asymmetry AFBt with electrons polarized at 80% and no polarization of the positrons. The relative uncertainties in the left and right couplings of the top quark to the Z boson could be as good as 0.9% and 1.5%.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie transverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées au début du Run IIb entre juillet 2006 et aout 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1 qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse décrit ici est consacrée au système de déclenchement du détecteur D0, qui constitue la première étape de toutes les analyses, et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements « jets+met » basés sur la présence de jets et d'énergie transverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de<br />l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central (CPS) dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est :<br />sigma=7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)±0,45(lumi) pb<br />Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta, mH±) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

La première partie de cette thèse porte sur l'intégration d'un bouchon du trajectographe au silicium de l'expérience CMS. Les procédures mises en œuvre et les tests qui ont permis d'aboutir à la qualification du système de détection sont présentés dans ce document.<br />La deuxième partie est dédiée à la recherche de nouvelle physique dans le secteur du quark top. Une des voies les plus prometteuses consiste à rechercher une résonance dans la distribution en masse invariante des paires de quarks top. Une analyse réalisée en simulation complète dans le canal lepton+jets montre qu'à l'échelle du TeV, des processus de quelques centaines de fb à 1 pb pourraient être observés lors des premières années de prises de données.

Le quark top a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 dans les collisions proton-antiproton du Tevatron. Aujourd'hui, la quantité de données collectées par chaque expérience est devenue suffisante pour étudier avec precision ce quark très massif. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paires de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant deux électrons, deux jets de particules et de l'énergie transverse manquante. Elle utilise un échantillon de données de 1 fb-1 enregistré par l'expérience D0 entre 2002 et 2006.<br />La reconstruction et l'identification des électrons et des jets sont primordiales pour cette analyse, et ont été étudiées dans une topologie où un boson Z est produit en association avec un ou plusieurs jets. Le processus Z+jets constitue en effet le bruit de fond physique dominant pour la production top-antitop dans l'état final diélectron.<br />Le principal enjeu de la mesure de section efficace est la vérification des prédictions du Modèle Standard. Dans ce manuscrit, ce résultat est également interprété pour extraire de façon indirecte la masse du quark top. Par ailleurs, la mesure de la section efficace est sensible à une éventuelle manifestation de nouvelle physique telle que l'existence d'un boson de Higgs chargé. La sélection établie pour mesurer la section efficace de production top-antitop a été mise à profit pour rechercher un boson H+ plus léger que le quark top, ce dernier pouvant ainsi se désintégrer en un boson W+ ou H+ et un quark b. Dans le modèle étudié, le boson H+ se désintègre exclusivement en un lepton tau et un neutrino.

Le quark top (t) découvert en 1995, pourrait être le sujet de la manifestation de nouvelles interactions et sa production en paires ttbar est un bruit de fond pour la recherche de processus rares.<br />Le Tevatron, collisionneur proton/anti-proton avec une énergie dans le centre de masse de 1.96 TeV, produit des paires top/anti-top avec une section efficace théorique de 7 pb.<br />La section efficace de production ttbar est mesurée dans le canal "électron+jets" en utilisant une luminosité intégrée de 360 pb-1 prise avec le détecteur D0. Dans un lot enrichi en désintégrations électronique de bosons W, le nombre d'évènments de signal est estimé grâce à des critères topologiques. La mesure est 9.0 +/- 2.0 +/- 1.7 +/- 0.- pb.<br />La calibration des gains et des non-linéarités de l'électronique du calorimètre, essentiel à cette mesure, est effectuée. L'algorithme T42 est présenté, il permet une suppression du bruit électronique du calorimètre en conservant les signaux de plus de 4sigma et leurs voisins directs de plus de 2.5sigma.

L'un des principaux objectifs de l'experience ATLAS est la recherche de la derniere particule manquante du modele standard, le boson de Higgs, et l'etude de ses proprietes. Cette experience sera placee aupres du futur collisionneur de protons LHC, dont le demarrage est prevu pour l'annee 2007 au CERN. Les travaux presentes dans cette these sont dedies a la recherche d'un boson de Higgs de masse inferieure a 200 GeV/c2, dans le canal de production associee pp->ttH. L'identification des jets contenant des hadrons beaux est fondamentale pour l'etude du boson de Higgs et du quark top. Les performances d'etiquetage des jets b sont etudiees en details dans le canal ttH, H->bb, et pour des conditions de fonctionnement tres proches de celles attendues au demarrage des prises de donnees, (detecteur a pixels incomplet, bruit d'empilement et inefficacites de detection). Pour une efficacite d'identifcation de jets b de 60%, les taux de rejet attendus sont de 80% pour les jets legers et 7% pour les jets c. Si la decouverte du boson de Higgs dans ATLAS semble relativement aisee, la mesure de ses parametres, et en particulier la determination des couplages aux differents fermions, est beaucoup plus delicate. Une etude de faisabilite est proposee pour un nouveau canal, ttH, H->WW(*). Ce canal est le seul qui permet une determination directe du couplage de Yukawa du quark top dans l'intervalle de masse 130-200 GeV/c2. Pour un boson de Higgs de 160 GeV/c2, la precision statistique attendue apres trois annees de prise de donnees a haute luminosite est de 7 %.

Des événements contenant un lepton isolé et de l'impulsion transverse manquante ont été observés dans les données accumulées de 1994 à 1997 par le détecteur Hl (37 pb-1), installé sur le collisonneur électron-proton HERA. Cette topologie correspondrait dans le Modèle Standard à la production des bosons W et Z mais les événements observés ont une grande impulsion transverse hadronique, ce qui est peu probable dans cette interprétation. <br> Cette thèse est consacrée à la recherche d'événements présentant cette topologie en étendant l'espace de phase aux événements de basse impulsion transverse manquante et à l'ensemble des données H1 de HERA-1 (118.3 pb-1) afin d'améliorer la sensibilité au signal et la précision statistique. Les résultats de cette analyse ont montré la persistance d'un excès d'événements à grande impulsion transverse manquante du système hadronique. L'étude du canal hadronique de désintégration du W ne montre aucun excès de données mais sa sensibilité au signal est insuffisante pour contredire l'excès observé dans le canal leptonique. <br> Une interprétation possible de cet excès dans un contexte au-delà du Modèle Standard est la production anormale de quark top. La recherche de ce processus a été effectuée dans le cadre de cette thèse à partir d'une analyse classique en coupures et d'une méthode multivariable de maximum de vraisemblance. Les résultats, semblables pour les deux méthodes, montrent que certains des candidats observés sont compatibles avec la production anormale de quark top. Le canal hadronique de recherche du top ne présente pas d'excès de données mais sa sensibilité au signal ne permet toujours pas de contredire l'excès du canal leptonique. <br> La précision statistique de l'excès observé n'est pas suffisante pour conclure sur la présence de nouvelle physique et des limites sur le couplage anormal au vertex t u gamma ont pu être déduites.

Ce document présente le travail réalisé pour instrumenter les "Super-Timim", supports de l'électronique frontale du calorimètre hadronique à tuiles scintillantes d'ATLAS, ainsi que l'analyse préparatoire de mesure de la masse du quark Top avec le détecteur ATLAS. Dans un premier temps, la partie instrumentale expose les différentes étapes ayant conduit â l'instrumentation. Ceci a nécessité en amont une phase dite d'intégration, lors de laquelle des méthodes ont été développées pour résoudre les problèmes liés aux contraintes d'espace et à l'ergonomie lors de l'assemblage des Super-Tiroirs. L'expérience acquise lors de cette première phase a permis la rédaction du protocole de montage des Super-Tiroirs et la mise en place des deux chaînes de montage. Les dix premiers Super-Tiroirs ont ainsi été produits pour ha période de faisceaux 2001, et le démarrage de la production en continu des 260 Super-Tiroirs restants doit commencer en juin 2002. Dans la partie analyse, cette thèse traite de la mesure précise de la masse du quark Top dans le canal lepton plus jets. Il est montré en premier lieu que les incertitudes systématiques domineront la précision de la mesure, en particulier la connaissance de l'échelle d'énergie des jets ainsi que les rayonnements de gluons dans l'état final, conduisant à une erreur totale d'environ 2 GeV. Il est ensuite montré que les mêmes événements peuvent être utilisés pour l'étalonnage en énergie des jets légers à mieux que le pour-cent. Enfin l'utilisation d'un ajustement cinématique devrait permettre de réduire l'impact des effets dus à la connaissance de l'échelle d'énergie des jets légers ainsi qu'aux rayonnements dans l'état final. Une incertitude totale sur la mesure de la masse du quark Top à mieux que 1 GeV paraît envisageable en une année de prise de données à basse luminosité, cette incertitude étant dominée par la connaissance de l'échelle d'énergie des jets de quarks b, supposée à 1%.

Le sujet de cette thèse est " L'étude dans le canal avec deux leptons de même signe de la physique du top au-delà du Modèle Standard avec le détecteur ATLAS au LHC et l'étude du niveau de déclenchement L1 du calorimètre ". Cette thèse porte sur la recherche de processus de nouvelle physique au LHC faisant jouer au quark top un rôle particulier. Le LHC est un collisionneur de protons, conçu pour un fonctionnement nominal avec une énergie dans le centre de masse de 14 TeV. Jusqu'à fin 2011 il a fonctionné avec une énergie de 7 TeV dans le centre de masse. Les premières données recueillies (5 fb−1 à 7 TeV) nous ont permis de contraindre certains paramètres de la nouvelle physique recherchée. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Celle-ci est divisée en trois parties. La première décrit rapidement l'accélérateur avant de s'intéresser à l'expérience ATLAS et au fonctionnement de son détecteur. Le bon fonctionnement des cartes de sommation du signal du calorimètre électromagnétique pour le premier niveau de déclenchement des événements a été tout particulièrement étudié. La deuxième partie est une analyse phénoménologique de la physique au-delà du Modèle Standard avec quatre quarks top dans l'état final pour plusieurs modèles théoriques. Cette étude a été effectuée principalement au niveau générateur pour 14 TeV dans le centre de masse mais nous commentons également les perspectives à 7 TeV. Elle peut être appliquée à l'expérience ATLAS comme à l'expérience CMS. La troisième partie est une étude expérimentale, réalisée avec le détecteur ATLAS, recherchant des manifestations d'un modèle de Higgs composite prédisant l'existence de partenaires exotiques au quark top (T5/3) et d'un modèle de théorie effective de production des 4 tops. Une limite sur la masse du partenaire exotique a été obtenue ainsi qu'une limite sur la section efficace des événements exotiques à quatre tops.

Depuis sa découverte en 1995 à Fermilab, le quark Top fait l'objet d'une grande attention. Il complète la troisième famille de quarks du Modèle Standard de la physique des particules, et la mesure de ses propriétés contraint fortement ce modèle. Il constitue également une voie d'accès privilégiée à la nouvelle physique attendue à une énergie de l'ordre du TeV. Ce travail de thèse, réalisé auprès du détecteur ATLAS du LHC, présente les méthodes mises en œuvre afin de mesurer précisément la masse du quark Top dans le canal lepton+jets. Différentes stratégies d'analyse sont présentées en fonction des performances du détecteur, notamment sa capacité d'identification des jets beaux. La mesure précise de la masse du Top passe par une connaissance approfondie de l'échelle d'énergie des jets. Ce document propose une stratégie d'étalonnage des jets légers qui s'appuie sur la contrainte de la masse du boson W, et montre qu'une précision de l'ordre du GeV/c² sur la mesure de la masse du Top est tout à fait possible. Une évaluation du potentiel de découverte de résonances ttbar, prévues dans le cadre de modèles au-delà du Modèle Standard, est également menée.