Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

La mesure des paramètres de violation de CP dans les désintégrations du type b->uubard permet en principe d'avoir accès à sin(2alpha), où alpha est l'un des angles du triangle d'unitarité. Cependant, la présence de diagrammes à boucle, appelées diagrammes pingouins, complique l'interprétation de la mesure expérimentale, qui ne donne en fait accès qu'à une valeur effective de \alpha : æff. Les mesures dans le canal B0->rho0rho0 permettent de réaliser pour la première fois une analyse d'isospin complète dans les modes B->rhorho, et donc en principe de déterminer le décalage \alpha-æff induit par les diagrammes pingouins. La désintégration B0->rho0rho0 a été étudiée en utilisant l'échantillon final de BABAR, soit $465 10^6$ désintégrations $\Y4S\to\BB$, collectées auprès du collisionneur \epem asymétrique PEP-II. Le rapport d'embranchement du mode B0->rho0rho0 a été mesuré BR=0.92±0.32±0.14 10^{-6} ainsi que la fraction de polarisation longitudinale fL= 0.75+0.11-0.14±0.03. La signifiance du signal B0->rho0rho0 est de 3.1 \sigma en prenant en compte les erreurs systématiques. La dépendance temporelle de la composante longitudinale a été étudiée et les paramètres de violation CP ont également été mesurés: S^{00}_L = 0.3±0.7±0.2, C^{00}_L = 0.2±0.8±0.2. L'implication de ces résultats sur l'angle $\alpha$ du triangle d'unitarité a été étudiée en effectuant une analyse d'isospin. En utilisant les mesures de BABAR pour les modes B->rho+rho- et B±->rho±rho0, la limite supérieure à 68% (90%) sur le décalage induit par la présence de diagrammes pingouins est donnée par: |\alpha-æff|<15.6° (<17.6°)

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

L'expérience BABAR, dont la prise de données a débuté en 1999 auprès du collisionneur PEP-II a SLAC, a pour objectif principal l'étude de la violation de la symétrie CP dans le système des mésons B. Après avoir précisémment mesuré sin2beta, notre attention se porte sur les deux autres angles alpha et gamma du triangle d'unitarité. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la mesure de l'angle alpha dans le mode B0->rhopi. Nous avons réalisé une analyse CP dépendante du temps, ainsi que la mesure des rapports d'embranchement des modes B0->rho+-pi-+ et B0->rho-K+. Les résultats obtenus avec une luminosité intégrée de 80.9 fb-1 sont les suivants: B(B0->rho+-pi-+) = (22.6 +- 1.8 +- 2.2) 10-6, B(B0->rho-K+) = ( 7.3 +- 1.3 +- 1.3) 10-6, ACP(rhopi) = -0.18 +- 0.08 +- 0.03, ACP(rhoK) = -0.28 +- 0.17 +- 0.08, C(rhopi) = -0.36 +- 0.18 +- 0.04, S(rhopi) = -0.19 +- 0.24 +- 0.03, delatC(rhopi) = 0.28 +- 0.19 +- 0.04, deltaS(rhopi) = 0.15 +- 0.25 +- 0.03. Nous avons également mesuré le rapport d'embranchement de B0->rho0pi0, avec une signification statistique de 2.7 sigmas. Nous calculons une limite supérieure sur ce rapport d'embranchement: B(B0->rho0pi0) < 2.7 x 10-6 at 90 % CL. Enfin, nous avons developpé le coeur de l'analyse complète de B0->pi+pi-pi0, qui exploite toute l'information présente dans le diagramme de Dalitz. Des estimations de sensibilité expérimentale pour alpha ont été effectuées. Les résultats obtenus pour les modes B0->rhopi sont interprétés en terme de contraintes sur l'angle alpha au sein de méthodes utilisant la symétrie SU(2) et les modes B+->rhopi, ou la symétrie SU(3) et les modes B0->rhoK et B0->K*pi. Nous avons aussi réalisé la mesure du rapport d'embranchement du mode B0->a0pi sur une luminosité plus réduite de 20 fb-1, menant au résultat: B(B0->a0pi) = (6.2 +3.0-2.5 +- 1.1) 10-6. Des études phénoménologiques sur la faisabilité d'une analyse CP et la détermination de l'angle alpha grâce à ce mode ont aussi été accomplies. Enfin, nous décrivons les améliorations apportées au système de protection du SVT durant les périodes d'injection. En dehors du champ de la collaboration BABAR, nous avons développé un logiciel, dénomé CKMFitter permettant de réaliser une analyse globale de la matrice CKM au sein d'une analyse fréquentiste.

La violation de CP dans le système des mésons B est étudiée auprès des usines à B depuis maintenant 8 ans. Fortes d'un premier succès apres la mesure de grande précision de l'angle beta du Triangle d'Unitarité, elles s'attèlent depuis peu à l'étude des deux derniers angles: alpha et gamma, qui sont encore très mal connus. Le travail présenté dans cette thèse concerne la mesure de l'angle gamma auprès du détecteur BABAR à SLAC en considérant les désintégrations B- en D0K*-. La méthode utilisée s'appuie sur les interférences au niveau du plan de Dalitz de la désintégration à trois corps : D0 en Ks Pi Pi, entre une contribution à l'amplitude de désintégration proportionnelle à l'élément Vub de la matrice CKM et une contribution proportionnelle à l'élément Vcb de cette même matrice. Cette méthode avait déjà été utilisée pour la mesure de l'angle gamma dans les désintégrations B- en D0 K- et B- en D*0 K-. Ce nouveau mode permet d'améliorer l'erreur statistique sur la mesure de 3 degrés, nous mesurons alors : gamma = (67 +- 28 +- 13 +- 11) degrés. La première incertitude correspond à l'erreur statistique, la deuxième à l'erreur systématique expérimentale et la troisième à l'erreur systématique associée au modèle utilisé pour décrire le plan de Dalitz D0 en Ks Pi Pi. Une présentation détaillée de ce modèle est aussi proposée car il est crucial pour l'analyse. A l'avenir, pour améliorer cette mesure, il faudra affiner la description du modèle de Dalitz à mesure que le nombre d'évènements disponibles auprès des usines à B augmentent.

L'analyse des modes B+/- -> pi+/- pi0 et B+/- -> K+/- pi0 a été menée avec un échantillon de données de 205 fb-1 correspondant à environ 227 millions de paires de mésons B, collectées par le détecteur BABAR. Les rapports d'embranchement et les asymétries de CP obtenus sont: B( B+/- -> pi+/- pi0) = (5.57 +/- 0.60 +/- 0.33) 10E-6 B( B+/- -> K+/- pi0) = (11.50 +/- 0.65 +/- 0.57) 10E-6 Acp( B+/- -> pi+/- pi0) = -0.01 +/- 0.10 +/- 0.02 Acp( B+/- -> K+/- pi0)= 0.06 +/- 0.06 +/- 0.01 Les contraintes sur l'angle le triangle d'unitarité par les analyses d'isospin des modes pi pi et K pi ont été étudiées. Des contraintes plus significatives ont été obtenues avec la symétrie SU(3) pour les modes B, Bs -> pipi/ Kpi / KK. Elles sont en bon accord avec l'ajustement CKM standard. Dans le futur une telle analyse pourrait entrer en compétition avec l'ajustement CKM standard, et permettre de déterminer des paramètres de Nouvelle Physique ou de brisure de SU(3) à partir des données.

A ce jour la détermination de l'angle γ du Triangle d'Unitarité de la matrice de Cabibbo-Kabayashi-Maskawa est statistiquement limitée par la rareté des transitions b→ u. La précision obtenue en combinant les résultats des expériences BABAR et BELLE est proche de 10°. L'expérience LHCb auprès du LHC présente un fort potentiel d'amélioration pour ce paramètre de violation de CP, notamment via la désintégration Bd0 -> D0K*0, un des canaux clés de cette mesure. Les désintégrations D0 -> Kπ, D0 -> Kππ0 et D0 -> Kπππ sont étudiées dans cette thèse. L'utilisation de désintégrations faisant intervenir des π0 nécessite un bon étalonnage en énergie des calorimètres électromagnétiques. Une méthode d'étalonnage intercellules du ECAL basée sur le flux d'énergie, permet d'obtenir une inter-calibration de l'ordre de 1,5 %, l'échelle d'énergie absolue étant obtenue par des méthodes indépendantes non étudiées ici. La détermination du rapport d'embranchement de la désintégration Bs0 -> D0K*0, première étape du programme aboutissant à la mesure de la violation de CP dans le canal Bd0 -> D0K*0, est réalisée relativement au rapport d'embranchement de Bd0 -> D0ρ0. Le résultat final obtenu avec 36 pb−1 de données collectées par LHCb en 2010 reste dominé par l'erreur statistique :BR(Bs0 -> D0K*0)/BR(Bd0 -> D0ρ0) = 1, 48 ± 0, 34 (stat) ± 0, 15 (syst) ± 0, 12 (fd/fs).

Cette thèse présente la mise en oeuvre de la méthode de Gronau-London-Wyler (GLW) pour les désintégrations B-> D*K. Elle s'inscrit dans le cadre de la mesure de l'angle gamma du triangle d'unitarité de la matrice CKM. Les données utilisées proviennent de l'expérience babar. Après une revue de la violation de CP dans le Modèle Standard, les principaux moyens utilisés à l'heure actuelle pour mesurer l'angle gamma sont décrits, avec un intérêt particulier pour la méthode GLW. L'analyse des modes B-> D*K est ensuite présentée. Elle repose sur une sélection optimisée pour maximiser la sensibilité au signal. Un ajustement par maximum de vraisemblance permet de mesurer les quatre observables GLW $\mathcal A_{\CP\pm}^*$ et $\mathcal R_{\CP\pm}^*$ reliées à l'angle gamma. Les résultats obtenus sur les Runs 1 à 5 de BaBar, correspondant à 347 fb$^{-1}$, soit environ $381\times 10^6$ paires $B\bar B$, sont $\mathcal A_{\CP+}^*=-0,114\pm0,089\pm0,007$, $\mathcal A_{\CP-}^*=0,060\pm0,099\pm0,016$, $\mathcal R_{\CP+}^*=1,313\pm0,132\pm0,029$, $\mathcal R_{\CP-}^*=1,081\pm0,119\pm0,034$. Traduits en terme de coordonnées cartésiennes $x_\pm^*$ afin de faciliter la comparaison avec la méthode de Dalitz, ils mènent à $x_+^*=0,112\pm0,061\pm0,012$, $x_-^*=0,004\pm0,059\pm0,012$. Ces valeurs obtenues sont compatibles avec les mesures précédentes de babar et Belle. La prise en compte des modes $D*->D0gamma$ permet d'améliorer la précision, par une réduction de l'incertitude d'un facteur deux pour les observables de CP paire et d'un facteur trois pour celles de CP impaire. La précision obtenue sur les coordonnées cartésiennes est meilleure que celle provenant de la combinaison des mesures des analyses de Dalitz de BaBar et Belle. La statistique utilisée ne permet pas d'attendre avec $\mathcal R_{\CP\pm}^*$ une précision suffisante sur $r_B^*$ afin d'en déduire une contrainte sur gamma avec la méthode GLW seule. Néanmoins la combinaison de cette mesure avec celles issues des analyses de Dalitz déjà disponibles permettra de l'améliorer.

Dans le Modèle Standard de la physique des particules, le mécanisme Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) décrit le phénomène du mélange des quarks. De ses paramètres, l'angle gamma est celui connu avec la moins grande précision. Les mesures directes donnent une incertitude d'environ 15º, importante comparée à celle sur la valeur extraite des ajustements globaux, de 3º. Pour vérifier la cohérence du Modèle Standard, gamma doit être mesuré précisément. Cela est possible en utilisant des processus au niveau des arbres, où seules des contributions du Modèle Standard sont attendues, ou avec des processus impliquant des boucles, qui peuvent être sensibles à des effets au-delà. Des différences entre la mesure de gamma avec des diagrammes en arbres et avec des boucles pourraient être donc une indication de nouvelle physique. Cette thèse présente la première mesure des observables CP dans la désintégration B0 -> DK*0. Celle-ci est sensible à gamma du fait de l'interférence entre l'amplitude des diagrammes b -> u et b -> c, au niveau des arbres. L'asymétrie CP dans le mode B0 -> D(K+K-)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 1 /fb de données récoltées par l'expérience LHCb en 2011,A_KK_d = -0,452 +/- 0,230 +/- 0,025 = A_CP+,R_KK_d = 1,360 +/- 0,366 +/- 0,075 = R_CP+. L'asymétrie CP du mode supprimé B0 -> D(K-pi+)K*0 et le rapport des largeurs partielles avec le favorisé B0 -> D(K+pi-)K*0 sont mesurés avec 3 /fb de données récoltées en 2011 et 2012,A_sup_d = -0,094 +/- 0,318 = A_ADS,R_d = 0,075 +/- 0,023 = R_ADS. Les études réalisées sur le système de déclenchement hadronique de l'expérience LHCb sont aussi présentées.

Le mélange des quarks est décrit dans le modèle standard de la physique des particules par le mécanisme de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). À ce jour, l'angle gamma du triangle d'unitarité est un des paramètres de ce mécanisme mesuré avec la moins bonne précision. La mesure de cet angle sert de référence pour le modèle standard, puisqu'elle peut être réalisée sans contribution significative de nouvelle physique. La précision actuelle de la meilleure mesure directe de gamma est d'environ 10°, alors que les ajustements globaux des paramètres CKM, potentiellement sujets à une contribution de nouvelle physique, déterminent cet angle à quelques degrés près. Par conséquent, une mesure directe précise de cette quantité est nécessaire pour contraindre d'avantage le triangle d'unitarité de la matrice CKM et ainsi tester la cohérence de ce modèle. Cette thèse présente une mesure de gamma par une analyse de Dalitz du canal B0->DK*0, avec une désintégration du méson D en K0Spipi. Elle est basée sur les 3 fb⁻¹ de données enregistrés par LHCb pendant le Run I du LHC, à une énergie de collision proton-proton dans le centre de masse de 7 et 8 TeV. Ce canal est sensible à gamma par l'interférence entre les transitions b->u et b->c. La mesure des observables de violation de CP réalisée est x- = -0.09 ^{+0.13}_{-0.13} ± 0.09 ± 0.01 , x+ = -0.10 ^{+0.27}_{-0.26} ± 0.06 ± 0.01 , y- = 0.23 ^{+0.15}_{-0.16} ± 0.04 ± 0.01 , y+ = -0.74 ^{+0.23}_{-0.26} ± 0.07 ± 0.01 , où le première incertitude est statistique, la deuxième est l'incertitude systématique expérimentale et la troisième est l'incertitude systématique venant du modèle de Dalitz. Une interprétation fréquentiste de ces observables donne rB0 = 0.39 ± 0.13 , deltaB0 = ( 186^{+24}_{-23} )° , gamma = ( 77^{+23}_{-24})° , où rB0 est le module du rapport des amplitudes des désintégrations supprimées et favorisées et deltaB0 la différence de phase forte entre ces deux désintégrations. Par ailleurs, un travail sur l'optimisation de la reconstruction des photons pour la mise à niveau du détecteur LHCb est aussi présenté. Lors du Run III du LHC, la luminosité instantanée reçue par LHCb sera augmentée d'un facteur cinq, générant un plus grand recouvrement entre les cascades se développant dans le calorimètre électromagnétique. L'étude montre que l'effet de ce recouvrement entre les gerbes est limité en réduisant la taille des clusters utilisés pour la détection des photons, tout en évitant une diminution significative de l'énergie reconstruite. Avec des corrections adaptées, la nouvelle reconstruction développée améliore la résolution en masse de 7 à 12%, suivant la région du calorimètre considérée. / Quark mixing is described in the standard model of particle physics with the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mecanism. The angle gamma of the unitarity triangle is one of the parameters of this mecanism that is still determined with a large uncertainty. It can be measured without significant contribution of new physics, making it a standard model key measurement. The current precision of the best direct measurement of gamma is approximately 10°, whereas the global fits of the CKM parameters determine this angle up to a few degrees. Therefore precise measurement of this quantity is needed to further constrain the Unitarity Triangle of the CKM matrix, and check the consistency of the theory. This thesis reports a measurement of gamma with a Dalitz analysis of the B0->DK*0 channel where the D meson decays into K0Spipi, based on the 3 fb⁻¹ of proton-proton collision data collected by LHCb during the LHC Run I, at the centre-of-mass energy of 7 and 8 TeV. This channel is sensitive to gamma through the interference between the b->u and b->c transitions. The CP violation observables are measured to be x- = -0.09 ^{+0.13}_{-0.13} ± 0.09 ± 0.01 , x+ = -0.10 ^{+0.27}_{-0.26} ± 0.06 ± 0.01 , y- = 0.23 ^{+0.15}_{-0.16} ± 0.04 ± 0.01 , y+ = -0.74 ^{+0.23}_{-0.26} ± 0.07 ± 0.01 , where the first uncertainty is statistical, the second is the experimental systematic uncertainty and the third is the systematic uncertainty due to the Dalitz model. A frequentist interpretation of these observables leads to rB0 = 0.39±0.13 , deltaB0 = ( 186^{+24}_{-23} )°, gamma = ( 77^{+23}_{-24} )° , where rB0 is the magnitude of the ratio between the suppressed and favoured decays and deltaB0 the strong phase difference between these two decays. In addition, the work performed on the optimisation of the photon reconstruction for the upgraded LHCb detector is reported. During LHC Run III, the LHCb instantaneous luminosity will be increased by a factor five, implying a larger shower overlap in the electromagnetic calorimeter. The study shows that reducing the cluster size used in the photon reconstruction limits the effect of the overlap between the showers, without inducing a significant energy leakage. With some dedicated corrections, the new cluster reconstruction improves the Bs->Phi gamma mass resolution by 7 to 12%, depending on the calorimeter region.