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Cette thèse se compose de deux parties distinctes, qui ont pour objectif l'étude de l'interaction faible des quarks lourds. Elle s'inscrit dans le contexte de la détermination des paramètres fondamentaux de la matrice de mélange de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, mais apporte également des éléments de compréhension de la structure hadronique. À propos de la violation de CP, on aborde les problèmes théoriques qui peuvent se poser lors de l'extraction des angles du Triangle d'Unitarité. Un premier aspect concerne les incertitudes hadroniques générées par les diagrammes pingouin. Dans le cas classique de la désintégration B -> pi+pi-, on propose une description exacte très simple de ces effets, à un seul paramètre, ce qui permet de les contrôler avec des hypothèses phénoménologiques. Un deuxième aspect concerne les ambiguïtés discrètes sur les angles CP et les analyses en espace des phases qui permet de les discriminer : la distribution en masses invariantes pour les désintégrations en trois mésons pseudoscalaires, et la distribution angulaire pour les désintégrations en hypéron et antihypéron. Dans la seconde partie de la thèse, on étudie les facteurs de forme qui décrivent les transitions lourd à léger, du type B -> pi(rho) l nu, B -> K* gamma et B -> K(*) l+l- ; ceux-ci sont au coeur de la détermination de |Vub| et |Vts| par exemple. En utilisant une approche de théorie effective, dérivée de QCD dans la limite de masse lourde initiale et de grande énergie du hadron final, et négligeant les corrections radiatives, on montre que trois facteurs de forme indépendants suffisent à décrire les transitions B -> P et B -> V, où P (V) désigne un méson pseudoscalaire (vecteur) léger par rapport au B. De plus, la dépendance de ces facteurs de forme vis-à-vis de la masse lourde M et de la grande énergie E est factorisable en racine(M) x z(E), et on s'attend plus précisément à un comportement en racine(M) / E^2. Ces prédictions, valables à l'ordre dominant en 1/M, 1/E et alpha_s, sont vérifiées exactement dans le cadre des règles de somme de QCD sur le cône de lumière, ainsi que dans une certaine classe de modèles covariants de quarks constituants, construits selon la prescription de Bakamjian-Thomas.

Cette thèse a pour cadre la phase 2 de l'expérience D0, l'un des deux détecteurs du Tevatron au Fermi National Accelerator Laboratory situé pres de Chicago (Illinois, USA). Cette thèse est consacrée à la préparation du Run II et à l'analyse des premières données de physique (février 2002 ­ juin 2002). Des événements tri-lepton (electron and muon) ont été sélectionnés. Ce type dévénement est attendu dans la théorie Supersymétrique avec violation de la R-parité et dans l'hypothèse d'un couplage lambda dominant. Le Modèle Standard ainsi que ses insuffisances sont décrits dans le premier chapitre qui présente aussi les différents modèles supersymétriques y compris celui incluant la gravité utilisé dans cette thèse. Un panorama des précédentes recherches expérimentales de particules supersymétriques clôt ce chapitre. Le deuxième chapitre décrit le fonctionnement du Tevatron ainsi que le détecteur D0. Les algorithmes d'identification des particules et la mesure des variables caractéristiques des événements est expliquée au chapitre 3. Les méthodes d'identification des électrons et des muons sont détaillées dans les chapitres 4 et 5. Le sixième chapitre expose une nouvelle méthode, non encore développée jusqu'à présent dans D0, pour identifier les jets venant de l'hadronisation des quarks b. L'intérêt de cette méthode pour la recherche de particules supersymétriques est discutée. Les caractéristiques des événements supersymétriques et dans l'hypothèse où la R-parité est violée par un couplage lambda sont étudiées dans le chapitre 7 ainsi que la stratégie générale de recherche. L'analyse des premières données Run II data est présentée au chapitre 8, qui décrit les critères de sélection des candidats. Les méthodes pour évaluer les fonds instrumentaux, qui s'ajoutent aux fonds physiques, sont détaillées. Le neuvième chapitre présente un résumé de l'analyse et le potentiel de découverte dans le futur.

Le détecteur CMS est l'une des deux expériences généralistes du LHC (Large Hadron Collider). Un des axes de recherche majeur de CMS est la recherche du (des) boson(s) de Higgs. À basse luminosité la signature la plus prometteuse pour un boson de Higgs léger (< 150 GeV) est sa désintégration en deux photons. Compte tenu de l'environnement du LHC, la recherche du Higgs dans ce canal nécessite un calorimètre électromagnétique (ECAL) extrêmement précis, rapide et résistant aux radiations.<br> Afin d'atteindre ce niveau de performances, plusieurs prototypes du calorimètre ont été mis en faisceau au cours des années 1999 et 2000. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'analyse des données obtenues lors de ces tests, avec pour objectif principal l'étude des paramètres jouant un rôle essentiel dans les performances du détecteur, en particulier la résolution en énergie, le suivi en lumière des cristaux et les performances de la chaîne électronique frontale dans sa version quasi-finale.<br> Un autre aspect de notre travail a été de développer une simulation comportant un haut degré de précision et de réalisme de la partie centrale du ECAL, à partir de l'outil de modélisation utilisé en physique des particules GEANT et d'une interface (EUGENIE) permettant d'intégrer des dessins de CAO dans la simulation. Cette description du détecteur a récemment été adoptée par la collaboration CMS et intégrée dans le programme de simulation officiel.

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L'expérience H1 sitée sur le collisionneur HERA à Hambourg, permet d'étudier les interactions positron-proton avec une résolution spatiale 10 fois meilleure que celle obtenue dans les expériences sur cible fixe.<br> Cette thèse décrit l'analyse des interactions à grandes impulsions transverses et l'interprétation des résultats dans le cadre de modèles composites. Ceux-ci prédisent que les fermions, considérés comme élémentaires à ce jour, sont à leur tour des états liés de constituants. L'observation de quarks ou de leptons dans un état excité serait donc un signe d'une nouvelle sous-structure de la matière.<br> Dans l'analyse nous avons considéré les topologies avec des leptons et/ou de l'impulsion transverse manquante dans l'état final. La sélection des événements s'est faite sur les données accumulées dans H1 de 1994 à 1997 correspondant à une luminosité intégrée d'environ 40 pb-1. Afin de réaliser cette étude, il a fallu éliminer le bruit de fond non physique constitué de muons cosmiques ou de muons de halos (produits par les interactions du faisceau de protons avec le gaz résiduel ou le tube à vide) venant polluer les données. A cet effet, on a développé des critères de sélection permettant la réjection de ce type dévénements par reconnaissance topologique.<br> La comparaison entre le nombre de candidats dans les données et l'estimation venant des différents bruits de fond physiques standards ne montre aucune évidence de fermions dans un état excité. Nous avons déduit des limites supérieures d'exclusion, en fonction des masses Mf des fermions excités, sur le produit de la section efficace par le taux de branchement de telles particules, ainsi que sur les caractéristiques du couplage f/Lambda suivant certaines hypothèses. Les résultats obtenus étendent les limites à de nouveaux canaux et améliorent d'un facteur 10 ceux obtenus dans une analyse précédente. Dans le cas particulier f/Lambda = 1/Mf, sont exclus à 95% de niveau de confiance les électrons excités ayant une masse comprise entre 25 et 221 GeV/c2, les neutrinos excités ayant une masse entre 50 et 112 GeV/c2 et les quarks excités ayant une masse entre 50 et 194 GeV/c2.

Dans le cadre des théories au delà du modèle standard, au cours de la prochaine dizaine d'années, deux accélérateurs exploreront le domaine d'énergie du TeV, où sont attendus des signes de cette nouvelle physique. En 2001, le Tevatron, collisionneur proton-antiproton du Femilab à Chicago, redémarrera avec une énergie de 2 TeV et une luminosité augmentée et sera première étape dans cette voie. Elle sera suivie en 2005 par le nouvel accélérateur du CERN, le collisionneur proton-proton LHC, dont l'énergie atteindra 14 TeV. Deux expériences, D0 pour le Tevatron et ATLAS pour le LHC, partagent de nombreuses similitudes dans leurs choix techniques. Cette particularité permet d'envisager des études qui sont facilement transposables d'une expérience à l'autre, et c'est dans cette optique que j'ai pris part au cours de ma thèse à ces deux expériences. A l'aide d'un générateur Monte-Carlo spécialement écrit pour la simulation de la production du quark top par R-parité violée, j'ai étudié les potentiels de découverte de la supersymétrie pour l'expérience ATLAS. Compte-tenu des limites actuelles sur les couplages RPV et des hypothèses prises en compte, la production de s-quark en voie résonnante peut-être détectée au LHC pour des masses allant de 300 à 900 GeV. Réciproquement, l'absence de signaux permettra d'augmenter les limites sur les produits de couplages considérés d'un facteur 10 au moins. Enfin , en cas de détection de s-quarks, la masse de ceux-ci peut-être mesurée directement avec une erreur de l'odre du %. Dans le cadre de DO, j'ai proposé un aglorithme de calibration pour le calorimètre électromagnétique, utilisant des événements physiques Z -> ee. Avec une statistique de 7000 événements, correspondant à un ou deux mois de fonctionnement du Tevatron, la calibration du détecteur peut être ramenée de 1% à 0,5%