Two precision measurements have been performed using the large number of dileptonand diphoton events produced in pp¯ and pp collisions. A measurement of thedistribution of the kinematic variable φ∗ηin the Drell-Yan process is performed inbins of boson rapidity and invariant mass using 10.4 fb−1 data collected by the D0experiment with a centre-of-mass energy of 1.96 TeV in pp¯ collisions. φ∗η, definedin terms of lepton track directions, is well-measured and is sensitive to higher ordereffects in Quantum chromodynamics (QCD). Data are compared to predictions fromstate-of-the-art QCD Monte Carlo programs and are in good agreement. Measurementsof the production of prompt photon pairs are performed using 20.24 fb−1 datacollected by the ATLAS experiment at 8 TeV in pp collisions. QCD Monte Carloprograms including higher order effects are found to describe the data. In addition,a luminosity algorithm that renders its susceptibility to noise and inefficiency of certainmodules in the diamond beam monitor has been proposed and validated usingATLAS simulations.

Orbital-free density functional theory requires accurate approximations for the noninteracting kinetic energy as a functional of the ground-state electron den- sity. For explicit functionals in real space, it has proved difficult to supersede the quality of the gradient expansion, truncated at second order. This is partly because the gradient expansion diverges for atomic and molecular densities. In an effort to include information about higher-order terms in the gradient expansion but avoid divergences, we consider resummations for the series using Padé approximants and Meijer-G functions. To regularize terms that appear in the denominator, we consider various damping functions, which introduces parameter(s) that can be fit to atomic data. These results improve upon the second-order truncation, but do not achieve the exquisite accuracy that would be required for practical orbital-free density-functional theory calculations. / Thesis / Master of Science (MSc)

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Cette thèse a pour objet l'étude de divers sujets liés à la physique du LHC et à ses prédictions. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés à la recherche au LHC d'un boson de Higgs léger ($M_H\simeq 120$ GeV) et boosté ($p_{t,H}>200$ GeV) dans le canal $pp\rightarrow WH$ et $pp\rightarrow ZH$ avec $H\rightarrow b\bar b$. Nous avons montré comment, à partir d'une analyse de la sous-structure des jets en deux étapes respectivement appelées ``mass-drop'' et ``filtering'', il est possible de réduire de manière significative les divers backgrounds (mass-drop) et d'améliorer la résolution en masse lors de la reconstruction du Higgs (filtering). Cela nous a permis de rendre prometteur ce canal de recherche au LHC, longtemps considéré comme trop difficile. A partir de là nous nous sommes concentrés plus particulièrement sur la procédure du ``filtering'', qui permet de supprimer autant que possible l'effet du bruit de fond diffus que constituent l'underlying-event et le pile-up, en majeur partie responsable de la dégradation de la résolution. Nous avons optimisé ses paramètres à partir d'une analyse semi-analytique, ce qui nous a conduits à l'étude de la structure des ``non-global'' logarithms qui interviennent lors du calcul de la distribution en masse du Higgs. Finalement, nous nous sommes penchés sur les processus dont la série perturbative présente une mauvaise convergence au next-to-leading (NLO) order pour certaines observables, une caractéristique que nous avions en particulier remarquée pour les processus Z+jet et W+jet à grand $p_t$ lors de notre première étude sur le Higgs. Cet aspect est important car cette mauvaise convergence induit une perte de confiance sur les prédictions résultant des calculs perturbatifs. Il devient donc nécessaire d'examiner les ordres supérieurs, ce que permet de façon approximative un nouvel outil que nous avons élaboré, appelé ``LoopSim'', qui combine divers ordres de la théorie des perturbations de manière à annuler les divergences molles et collinéaires qui apparaissent inévitablement.

L’objet de cette thèse est l’étude du modèle plat, l’ingrédient principal du programme de quantification de la gravité par les mousses de spins, avec un accent particulier sur ses divergences. Outre une introduction personnelle au problème de la gravité quantique, le manuscrit se compose de deux parties. Dans la première, nous obtenons une formule exacte pour le comptage de puissances des divergences de bulles dans le modèle plat, notamment grâce à des outils de théorie de jauge discrète et de cohomologie tordue. Dans la seconde partie, nous considérons le problème de la limite continue des mousses de spins, tant du point de vue des théories de jauge sur réseau que du point de vue de la group field theory. Nous avançons en particulier une nouvelle preuve de la sommabilité de Borel du modèle de Boulatov-Freidel-Louapre, permettant un contrôle accru du comportement d’échelle dans la limite de grands spins. Nous concluons par une discussion prospective du programme de renormalisation pour les mousses de spins. / In this thesis we study the flat model, the main buidling block for the spinfoam ap- proach to quantum gravity, with an emphasis on its divergences. Besides a personal introduction to the problem of quantum gravity, the manuscript consists in two part. In the first one, we establish an exact powercounting formula for the bubble divergences of the flat model, using tools from discrete gauge theory and twisted cohomology. In the second one, we address the issue of spinfoam continuum limit, both from the lattice field theory and the group field theory perspectives. In particular, we put forward a new proof of the Borel summability of the Boulatov-Freidel-Louapre model, with an improved control over the large-spin scaling behaviour. We conclude with an outlook of the renormalization program in spinfoam quantum gravity.

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Le problème de la resommation réelle consiste à associer à une série divergente réelle unefonction analytique qui lui est asymptotique sur un secteur du plan complexe bissecté par unedes deux demi-directions réelles. Jean Ecalle a esquissé, pour le résoudre, les grandes lignesd’une théorie dite des bonnes moyennes uniformisantes. Celle-ci est basée sur plusieurs de sesdécouvertes : le calcul moulien simple et arborifié, les opérateurs étrangers et les fonctionsrésurgentes.Nous nous proposons dans cette thèse de détailler complètement la théorie des moyennesd’Ecalle. Il s’agit de l’appliquer à la resommation de la conjuguante formelle des champsanalytiques réels de type noeud-col et des difféomorphismes analytiques tangents à l’identitédans leur classe formelle la plus simple. Une partie conséquente de la thèse est consacrée àla théorie de l’arborification. C’est l’un des ingrédients majeurs de la théorie des moyennesmais pour laquelle Ecalle n’avait délivré que peu de détails.Un chapitre de la thèse traite de géométrie o-minimale. Il s’agit de démontrer l’existenced’un « isomorphisme formel »entre les familles de germes d’ensembles semi-analytiques issusde deux classes quasi-analytiques isomorphes. Bien que ce chapitre soit disjoint de la théoriedes moyennes, il est probable que cette dernière permette à l’avenir d’obtenir de nouvellesclasses quasi-analytiques.Enfin, nous proposons de faire le lien entre un procédé de resommation réelle de la conjuguanteformelle du noeud-col réel élaboré par R. Schäfke et les moyennes d’Ecalle. / Pas de résumé en anglais.

Cette thèse se situe à mi-chemin entre la phénoménologie et la physique de particules expérimentale. Dans la première partie, nous décrivons un calcul de section efficace à order supérieur en développement perturbatif, ainsi que son implementation dans un générateur d'événements Monte Carlo. Nous présentons les corrections au premier order en chromodynamique quantique pour la production de boson de Higgs chargé en association avec un quark top au LHC, en utilisant le formalisme de soustraction de Catani et Seymour. Notre code indépendant nous a permis de valider les résultats donnés par MC@NLO, et nous avons réalisé des études concernant diverses contributions aux erreurs systématiques dues à la simulation d'événements. L'implémention du processus a été réalisée pour le générateur POWHEG. En raison de la quantité de données insuffisante disponible fin 2010 (le détecteur ATLAS a accumulé 35 pb-1 de données de collisions proton-proton), le processus de production de Higgs chargé n'a pas pu être étudié et nous nous sommes tournés vers la caractérisation de bruits de fonds. Dans ce contexte, il s'avère que la production de boson W en association avec un quark top est importante à connaître. Dans la seconde partie de cette thèse, nous mettons en place une analyse spécifique au canal Wt semileptonique, en incluant les effets statistiques et systématiques, pour lesquels nous nous concentrons plus particulièrement sur l'effet dû aux différentes paramétrisations du contenu des protons. Le processus Wt étant inobservable au Tévatron, nous pouvons pour la première fois donner une limite à la setion efficace de production. / This thesis is intended as a bridge between the two highly specialised domains of phenomenology and experimental particle physics. The first part describes in detail a higher order cross section calculation and implementation into a Monte Carlo event generator. We present the calculation of the next-to-leading order (NLO) quantum chromodynamic corrections for charged Higgs boson production in association with a top quark at the LHC, using the Catani-Seymour dipole subtraction method. Building an independent NLO code enabled us to cross-check the implemented version of MC@NLO, and a few studies have been made which focus on different contributions to the theoretical uncertainty attached to the NLO calculation. The actual implementation was performed for another NLO event generator, POWHEG. Considering the small production cross section of charged Higgs production associated with a top quark, an analysis of this channel using the 35 pb-1 of data collected with the ATLAS detector in 2010 from the proton-proton collisions of the LHC, makes no sense, and we switch to a very similar SM channel, namely Wt production. In the second part, we set-up a dedicated analysis for semileptonic Wt and focus on the evaluation of the PDF systematic uncertainty, following the PDF4LHC recommendation. The electroweak single top production cross section at the Tevatron is so low that it hasn't been observed until today, so we are able to set the world's first limit on its production cross section and include the most important systematic uncertainties in our analysis.

Les systèmes dynamiques qui évoluent sur un grand intervalle de temps (dynamique moléculaire, prédiction astronomique, turbulence...) occupent une place importante dans le domaine de la science de l'ingénieur. Leur résolution numérique constitue, jusqu'à l'heure actuelle, un défi. En effet, la simulation de la solution nécessite un solveur non seulement rapide mais aussi qui respecte les propriétés physiques du problème, pour garantir la stabilité. Dans cette thèse, on se propose d'étudier, vis-à-vis de cette problématique, un schéma d'intégration temporelle basée sur la décomposition de la solution en série temporelle, suivie de la technique de resommation de Borel des séries divergentes. On analyse alors la rapidité du schéma sur des problèmes modèles. Ensuite, on montre sa capacité à préserver la structure des équations (symplecticité, iso-spectralité, conservation de l'énergie...) à un ordre arbitrairement élevé. Par la suite, on applique le schéma à la résolution d'équations aux dérivées partielles issues de la mécanique, dont les équations de la chaleur, de Burgers et de Navier-Stokes bidimensionnelles. Pour cela, on associe le schéma à une méthode de discrétisation par éléments finis en espace. Enfin, dans le but de rendre l'algorithme plus robuste, on s'intéresse à la représentation de la somme de Borel par une série de factorielle généralisée. / Dynamical systems which evolve in a large time interval (molecular dynamic, astronomical prediction, turbulence…) take an important place in engineering science. Their numerical resolution has so far constituted a challenge. Indeed, the simulation of the solution requires a solver which is not only fast but also respects the physical properties of the problem, to ensure the stability. In this thesis, we propose to study, regarding this issue, a time integration scheme based on the decomposition of the solution into time series, followed by Borel's resummation technique of divergent series. We analyse the speed of scheme on model problems. Next, we show its capability to preserve the structure of the equation (symplecticity, iso-spectrality, conservation of energy…) up to an arbitrary high order. Thereafter, we use the scheme to resolve partial differential equations coming from mechanics, including the two-dimensional heat equation, Burger’s equation and the Navier-Stokes equation. To this aim, we choose a finite element method for space discretisation. Finally, and in order to make the algorithm more robust, we are interested in the representation of the Borel sum by a generalized factorials series.