This thesis presents two measurements of the top quark pair production cross section at sqrt{s} = 1.96 TeV using data from the DØ experiment. Both measurements are performed in the dilepton final state and make use of secondary vertex b-tagging. With 158 pb-1 of data in the electron-muon final state, the measured cross section is: σ(top-antitop) = 11.1 +5.8 -4.3 (stat) +- 1.4 (syst) +- 0.7 (lumi) pb. With 425 pb-1 of data in the electron+track and muon+track final states, the measured cross section is: sigma(top-antitop) = 6.3 +2.1 -1.8 (stat) +- 1.1 (syst) +- 0.4 (lumi) pb. Both measurements are in agreement with the prediction from perturbative QCD calculations. In addition, an estimate of the DØ silicon detector lifetime is presented. The radiation damage is determined by studying the depletion voltage of the silicon sensors as a function of time. Based on this data the silicon detector is estimated to remain operational up to delivered luminosities of 6-8 fb-1.

La supersymétrie, qui permet de combler certaines lacunes du Modèle Standard de la physique des particules (MS), est recherchée par la tentative d'observation du partenaire supersymétrique du quark bottom (sb). Cette recherche est effectuée avec des événements d'état final composé de deux jets de quarks b acoplanaires et d'énergie transverse manquante (MET) et issus d'un lot de 992 pb-1 de données collectées par le détecteur D0 auprès du TeVatron, le collisionneur ppbar de Fermilab. L'absence d'excès d'événements par rapport aux prévisions du MS conduit à exclure les masses de sb jusqu'à 201 GeV, et les masses de neutralino jusqu'à 94 GeV. De par le rôle essentiel que joue ici la MET, celle-ci a été étudiée sous deux aspects. Tout d'abord, au niveau du système de déclenchement qui sélectionne en ligne les événements, puis, via la simulation de l'impulsion transverse du boson Z, par le générateur ALPGEN, qui apparait comme de la MET si le Z se désintègre en neutrinos.

Le modèle standard est le modèle théorique de référence pour expliquer les phénomènes subatomiques. Jamais directement mis en défaut et couronné de succès depuis des dizaines d'années, il souffre néanmoins d'imperfections théoriques et peine à expliquer certains phénomènes physiques observés à hautes énergies. Pour ces raisons, plusieurs théories proposent des extensions de ce modèle. La supersymétrie, appréciée pour son élégance théorique, est l'une d'entre elles. Le travail présenté dans ce manuscrit concerne la recherche d'un signal supersymétrique, dont les caractéristiques principales sont la présence de plusieurs jets de quark b et une forte énergie transverse manquante. L'analyse de ce signal est effectuée sur les données du Run II collectées par le détecteur D0 d'avril 2003 à mars 2006 (~1 fb¬-1).<br />La signature d'une telle topologie implique une bonne résolution sur l'énergie des jets, ainsi qu'une mesure précise de l'énergie transverse manquante. Par conséquent, il faut au préalable bien comprendre les informations recueillies par le calorimètre, une des parties cruciale du détecteur pour cette analyse. La présence de plusieurs quarks de saveurs lourdes dans l'état final nécessite un étiquetage maîtrisé des jets de quark b. Cet étiquetage est une variable fortement discriminante entre le signal et le bruit de fond du modèle standard.<br />Les collisionneurs hadroniques comme le TeVatron ont une section efficace de QCD inclusive des ordres de grandeurs supérieurs à celle du signal recherché dans cette analyse. Il faut donc être en mesure de trouver des coupures rapides et efficaces dès le système de déclenchement du détecteur. L'essentiel de mon travail de préparation à l'analyse porte sur la mise au point et l'étude de conditions de déclenchement basées sur le calorimètre et permettant de sélectionner efficacement les signaux caractérisés par la présence de jets et d'énergie transverse manquante.

Le but premier de la physique des hautes énergies est d'améliorer notre connaissance de la structure fondamentale de la matière, et notamment des particules qui constituent le monde. L'une d'entre elles est le quark top, qui fut découvert en 1995 par les collaborations CDF et D0 auprès du collisionneur protons-antiprotons Tevatron. Un des buts principaux du Tevatron a été depuis l'étude fine des propriétés du quark top, et en particulier de la section efficace de production de paires top-antitop. Différentes analyses ont été menées dans les canaux leptons, dileptons, et tout hadronique afin de déterminer le plus précisément possible les valeurs de ces paramètres, et ainsi de tester la validité du Modèle Standard. Le but principal de cette thèse est de vérifier une des prédictions théoriques du Modèle Standard de la physique des particules, à savoir la section efficace de production top-antitop, auprès du collisionneur Tevatron. Le canal étudié est constitué d'un muon, d'un lepton tau, de leurs neutrinos associés, de de deux jets de quark b (l'un d'entre eux provenant d'un quark b, l'autre d'un anti-quark b). La reconstruction et l'identification des jets , des muons, des leptons taus (en particulier par l'utilisation d'un réseau de neurones dédié), et l'étiquetage des jets de b, représentent les éléments fondamentaux de cette étude. Au final, un bon accord entre les données et la simulation Monte Carlo est obtenu à la dernière étape de cette analyse. En outre, la mesure finale de la prédiction théorique au niveau NLL + NLO du calcul des pertubations sont compatibles.

A measurement of the mass of the top quark is presented, using top-antitop pair (t-tbar) candidate events for the lepton+jets decay channel. The measurement makes use of Tevatron proton-antiproton collision data at centre-of-mass energy 1.96 TeV, collected at the CDF detector. The top quark mass is measured by employing an unbinned maximum likelihood method where the event probability density functions are calculated using signal (t-tbar) and background (W+jets) matrix elements, as well as a set of parameterised jet-to-parton mapping functions. The likelihood function is maximised with respect to the top quark mass, the fraction of signal events, and a correction to the jet energy scale (JES) of the calorimeter jets. The simultaneous measurement of the JES correction (ΔJES) provides an in situ jet energy calibration based on the known mass of the hadronically decaying W boson. Using 578 lepton+jets candidate events corresponding to 3.2 inverse femtobarns of integrated luminosity, the top quark mass is measured to be 172.4 ± 1.4(stat+ΔJES) ± 1.3(syst) GeV/c², one of the most precise single measurements to date.

Cette thèse porte sur l'étude de la production électrofaible du quark top (voies $s$ et $t$) dans les <br />collisions ppbar au <br />Tevatron dans l'expérience D0 pour une luminosité intégrée de 370~pb$^{-1}$. Ce processus reste <br />inobservé.<br />L'identification du jet de quark beau issu de la désintégration du top joue un rôle central dans l'analyse.<br />Les paramètres d'impact des traces associées à un jet sont convertis en une probabilité que ce jet <br />provienne du vertex primaire. Cet algorithme atteint une efficacité de 45% pour environ 0.5% de bruit <br />de fond.<br />La signature recherchée consiste en 2 à 4 jets, dont un jet de quark beau, un lepton chargé et de <br />l'énergie manquante. Une analyse multivariable est développée pour séparer le signal des fonds <br />dominants. La sensibilité de l'analyse ne permet pas encore la mise en évidence du signal et des <br />limites supérieures à 95% de niveau de confiance sur les sections efficaces de production de <br />5~pb (voie $s$) et 4.3~pb (voie $t$) sont obtenues.

La notion de symétrie de jauge est au coeur de notre compréhension de l'interaction électrofaible et permet d'expliquer l'ensemble des observations expérimentales actuelles. Pourtant, l'incompatibilité intrinsèque entre l'invariance de jauge et la masse des particules nécessite d'introduire une nouvelle particule, le boson de Higgs, toujours non observée à ce jour. Cette thèse présente l'analyse de 7.3/fb de collisions protons-antiprotons à sqrt{s} = 1.96 TeV enregistrées par le détecteur D0 au Tevatron en vue de la recherche du boson de Higgs dans l'état final mu+tau. Cette analyse vient compléter les canaux principaux dimuons, électron-muon et diélectrons en exploitant également la désintégration H -> WW -> lvlv, majoritaire dans la fenêtre de masse accessible au Tevatron. L'état final contenant un lepton tau, leur identification parmi les jets a été améliorée d'environ 15% grâce au développement de plusieurs idées : l'ajustement des paramètres du réseau de neurones d'identification, la prise en compte de certaines dépendances cinématiques des performances de l'algorithme, l'exploitation du temps de vie du lepton tau et une étude exhaustive visant à inclure la mesure du détecteur de pieds de gerbe dans le processus d'identification. Dans un second temps, la recherche du boson de Higgs dans l'état final mu+tau étant dominée par le bruit de fond W+jets (où un jet est faussement identifié comme un lepton tau), une méthode a été élaborée pour obtenir une modélisation convenable de ce bruit de fond, non fournie par la simulation par défaut. Cette méthode est basée, entre autres, sur l'étude de la corrélation de charge entre le muon et le candidat tau qui permet de mesurer ce bruit de fond dans les données en excluant la région du signal. Ensuite, l'exploitation des cinématiques et/ou topologies différentes du signal et du bruit de fond a permis d'optimiser cette recherche atteignant alors une sensibilité attendue (observée) de 7.8 (6.6) fois le Modèle Standard pour une masse de 165 GeV/c2. Enfin, l'interprétation de l'analyse dans un scénario à quatre familles de fermions a été effectuée. Pour la première fois, cette analyse est incluse dans les combinaisons D0 et Tevatron présentées à Moriond EW et EPS 2011.

Le quark top est le quark le plus lourd contenu dans le modèle standard. Découvert en 1995 par les deux expériences du Tevatron, il possède des caractéristiques atypiques telles qu'un temps de vie le plus court jamais observé qui le fait se désintégrer avant de pouvoir s'hadroniser et donne ainsi accès à sa masse dont sa mesure est alors d'une très grande précision. Les données accumulées par l'expérience DØ entre 2002 et 2009, représentant une luminosité intégrée de 5,4 fb⁻¹, sont utilisées pour effectuer cette mesure à partir de la méthode de l'élément de matrice dans les canaux di-leptoniques électron--électron, électron--muon et muon--muon. La valeur de la masse du quark top mesurée, 174.0 ± 1,8 (stat.) ± 2,4 (syst.) GeV, est en très bon accord avec les autres mesures effectuées. Sa précision est limitée, pour la première fois pour ces canaux, par les incertitudes systématiques. Dans cette thèse, plusieurs approches sont étudiées pour améliorer la précision de la mesure : l'utilisation d'informations sur l'identification de jets issus de quarks b afin d'optimiser la sélection des événements top--anti-top et une meilleure détermination des incertitudes systématiques principales. Une attention particulière est portée sur la simulation Monte-Carlo des muons à DØ : l'amélioration de l'ajustement de la résolution sur la mesure de l'impulsion transverse des muons simulés avec les données, discutée dans cette thèse, sera utilisée afin d'améliorer les prochaines mesures des propriétés du quark top ainsi que d'autres analyses menées dans l'expérience.

<p>This thesis treats two different projects, both aiming at experimental tests at hadron colliders of some specific predictions of the Standard Model (SM) of particle physics and of its Minimal Supersymmetric extension (MSSM). The thesis is based on four papers.</p><p>Papers I-III study the discovery potential for a heavy charged Higgs boson of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). Charged Higgs bosons are part of the Higgs sector in many extensions to the SM and their detection would be an unambiguous sign of new physics.</p><p>If the charged Higgs boson is heavier than the top quark, its dominant decay mode is into a top and a bottom quark. Searches in this decay channel at ATLAS are difficult mainly due to the large top-quark pair-production background. The possible gain obtained when requiring 4 b-tagged jets for the signal events is studied, but no significant improvement compared to an analysis requiring 3 b-tagged jets is found.</p><p>If the masses of supersymmetric particles are sufficiently small, heavy charged Higgs bosons can decay into a chargino-neutralino pair. We show that in this decay channel charged Higgs bosons can be detected, given a favourable choice of parameters governing the MSSM.</p><p>In a large-mass-splitting MSSM scenario, the charged Higgs decay into a W boson and a neutral Higgs can have a large branching fraction. We conclude, however, that charged Higgs searches in this decay channel are made difficult by a large, irreducible SM background.</p><p>Paper IV describes a measurement of the top-quark pair production cross-section performed with the DØ detector at the Tevatron collider. Signal events in the muon+jets decay channel are selected using topological event characteristics and a preliminary result of σ(ttbar)=3.8 +1.1-1.1(stat) +0.9-0.8(syst) +0.3-0.2(lumi) pb is obtained using an integrated luminosity of 363/pb.</p>

This thesis treats two different projects, both aiming at experimental tests at hadron colliders of some specific predictions of the Standard Model (SM) of particle physics and of its Minimal Supersymmetric extension (MSSM). The thesis is based on four papers. Papers I-III study the discovery potential for a heavy charged Higgs boson of the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider (LHC). Charged Higgs bosons are part of the Higgs sector in many extensions to the SM and their detection would be an unambiguous sign of new physics. If the charged Higgs boson is heavier than the top quark, its dominant decay mode is into a top and a bottom quark. Searches in this decay channel at ATLAS are difficult mainly due to the large top-quark pair-production background. The possible gain obtained when requiring 4 b-tagged jets for the signal events is studied, but no significant improvement compared to an analysis requiring 3 b-tagged jets is found. If the masses of supersymmetric particles are sufficiently small, heavy charged Higgs bosons can decay into a chargino-neutralino pair. We show that in this decay channel charged Higgs bosons can be detected, given a favourable choice of parameters governing the MSSM. In a large-mass-splitting MSSM scenario, the charged Higgs decay into a W boson and a neutral Higgs can have a large branching fraction. We conclude, however, that charged Higgs searches in this decay channel are made difficult by a large, irreducible SM background. Paper IV describes a measurement of the top-quark pair production cross-section performed with the DØ detector at the Tevatron collider. Signal events in the muon+jets decay channel are selected using topological event characteristics and a preliminary result of σ(ttbar)=3.8 +1.1-1.1(stat) +0.9-0.8(syst) +0.3-0.2(lumi) pb is obtained using an integrated luminosity of 363/pb.