Ce travail de thèse porte sur l’identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un π0 (B0 d,s → h+h′−π0) en analysant l’échantillon de données de 1.0 fb−1 collecté en 2011 par l’expérience LHCb au LHC. Ces modes sont sensibles aux paramètres de la matrice CKM et permettent de tester certaines prédictions du Modèle Standard liées à la violation de CP. Plusieurs d’entre eux, tels que B0 s → K−π+π0 et B0 s → K+K−π0, n’ont pas été observés précédemment. Il s’agit de la première analyse avec des π0 énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au π0, des désintégrations D∗+ → D0(→ K−π+π0)π+ ont été sélectionnées. Un échantillon de pions neutres relativement pur et de grande statistique a ainsi pu être extrait. Il est utilisé pour étudier leur étalonnage en énergie ainsi que l’efficacité de l’outil de séparation π0/γ de l’expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l’étude des modes B0 d,s → h+h′−π0. Pour sélectionner les événements B0 d,s → h+h′−π0, un algorithme dédié a été mis en place au niveau du système de déclenchement. Il complète les sélections en ligne standards et permet d’augmenter significativement l’efficacité. Sur les événements enregistrés, les bruits de fond évidents, issus principalement de désintégrations de mésons charmés, sont rejetés en appliquant des critères simples. L’échantillon est alors purifié davantage en utilisant une analyse multivariée. Enfin, les informations des détecteurs Cherenkov permettent de séparer les états finals π+π−π0, K±π∓π0 et K+K−π0. Un ajustement simultané des spectres de masse reconstruite du méson beau dans les trois sous-échantillons est utilisé pour extraire les nombres d’événements de signal. Il tient compte des différents bruits de fond restants ainsi que des migrations du signal d’un sous-échantillon à l’autre. Les contributions des modes B0 → π+π−π0, B0 → K+π−π0 et B0 s → K+K−π0 sont clairement établies. Il s’agit de la première observation du mode de désintégration B0 s → K+K−π0. / This thesis work is about the identification of charmless three-body decays of neutral B mesons with a π0 in the final state (B0d,s → h+h′−π0) through the analysis of a 1.0 fb−1 data sample collected in 2011 by the LHCb experiment at the LHC. Those modes are sensitive to CKM parameters and allow to test Standard Model predictions related to CP violation. Some of them, such as B0 s → K−π+π0 and B0 s → K+K−π0, have not been observed previously. This is the first analysis with energetic π0 in LHCb. To evaluate the detector performance for π0, D∗+ → D0(→ K−π+π0)π+ decays have been selected. This provides a clean and high statistics sample of neutral pions used to study their energy calibration as well as the effectiveness of the π0/γ separation tool of the experiment. Radiative decays are indeed the most dangerous backgrounds for the study of B0 d,s → h+h′−π0 modes. To select B0 d,s → h+h′−π0 events, a dedicated trigger algorithm has been implemented. It complements the standard online selections and significantly improves the efficiency. Offline, obvious backgrounds, mainly from charm decays, are rejected applying simple criteria. The sample is then further purified using a multivariate classifier. At last, information from the ring imaging Cherenkov detectors allows to separate π+π−π0, K±π∓π0 and K+K−π0 final states. A simultaneous fit of the reconstructed B mass spectra in the three subsamples is used to extract the signal yields. It accounts for the different backgrounds remaining as well as for the signal crossfeeds from one subsample to the other. The B0 → π+π−π0, B0 → K+π−π0 and B0 s → K+K−π0 contributions are clearly established. This is the first observation of the B0 s → K+K−π0 decay mode.

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.

Cette these porte sur l'etude de la violation de CP dans le secteur des mesons B et en particulier les mesures de l'angle gamma du Triangle d'Unitarite, en utilisant les donnees enregistrees par le detecteur Babar. L'angle gamma est la phase relative entre les elements Vub et Vcb de la matrice CKM.<br />Un parametre tres important dans les mesures de gamma est le rapport r entre les amplitudes des desintegrations qui comportent une transition des quarks b en u et les desintegrations qui comportent une transition b en c. La sensibilite a gamma est proportionelle a la valeur de ce parametre. Dans la premiere partie de cette these, les problematiques liees a l'etude de l'angle gamma ainsi que l'etat actuel des mesures sont presentes.<br />Le travail experimental est ensuite presente, il comporte deux analyses en utilisant les desintegrations B0 en D0(barD0)K*0. Dans la premiere analyse, le canal B0 en D0(barD0)K*0 est etudie en utilisant une methode ADS et les mesons D neutres sont reconstruits dans les etats finals K+pi-, K+pi-pi0 et K+pi-pi+pi- et complexes conjugues.Cette analyse permet de mesurer le rapport r pour le canal B0 en D0K*0.<br />On obtient: r = 0.260+0.077-0.088. La grande valeur obtenue pour r rend l'utilisation de ce canal tres interessante pour les experiences presentes et futures, pour la determination de l'angle gamma.Dans la deuxieme analyse, le canal B0 en D0(barD0)K*0 est etudie avec une methode Dalitz et les mesons D neutres sont reconstruits dans l'etat final KSpi+pi-. Cette analyse permet une mesure de l'angle gamma. On obtient gamma = (162 +- 56) degrees avec une ambiguite de 180 degrees. La determination du parametre r par les deux analyses combinées est: r=0.259+0.073-0.079}. Ces analyses donnent les premiers resultats sur gamma et r obtenus a partir des etudes des mesons B neutres.<br />Finalement, des etudes de simulation, bases sur les donnees, sont presentes. Ces etudes montrent que l'utilisation des canaux B0 en D0(barD0)K*0 peut donner une sensitivite a gamma comparable avec celle des autres analyses, qui utilisent les mesons B charges.

D'après le Modèle standard, l'asymétrie CP dépendante du temps est la même dans les canaux de désintégration Bd0 -> J/Psi KS0 et Bd0 -> Phi KS0 et donne accès à sin(2 beta). Un écart entre les asymétries CP mesurées dans ces deux canaux signerait la présence phénomènes au-delà du Modèle standard. Ma thèse étudie la sensibilité de l'expérience LHCb à une telle différence en estimant l'erreur statistique avec laquelle elle mesurera sin(2 beta) dans le canal Bd0 -> Phi KS0. Le nombre d'événements de bruit de fond simulés est trop faible en regard de la statistique annuelle pour obtenir des évaluations précises. Nous avons développé plusieurs approches pour améliorer ces évaluations. Cette étude a été menée dans le cadre du détecteur LHCb classique, puis dans celui du détecteur réoptimisé. Nous prédisons dans les cas les plus optimistes une erreur statistique sur sin(2 beta) de 0.56 dans le cadre classique et de 0.29 dans le cadre réoptimisé.

Recherche de nouvelle physique dans le canal B0s --> J/psi phi auprès de l'expérience LHCb: Dans le Modèle Standard, la différence de phase apparaissant dans la désintégration B0s --> J/psi phi est prèdite avec une grande précision. Cette observable est une sonde pour mettre en évidence de la Nouvelle Physique car l'oscillation B0s -B0sbar s'effectue via un diagramme en boucles sensible à la nouvelles particules. Nous avons développé une sélection simplifiée pour les données de 2010. Elle évite tous biais sur la distribution en temps propre afin de réduire l'incertitude systématique. De plus, nous contrôlons les performances d'étiquetage pour les événements B0s --> J/psi phi en utilisant les canaux similaires B0d--> J/psi K*0 et B+ --> J/psi K+. Avec les données de 2010, nous obtenons 570 événements de signal avec une luminosité intégré de 36 pb−1, une puissance de d'étiquetage de (2, 2 ± 0, 4)% et une résolution temporelle de 50 fs. Nous avons étudié une sélection alternative, qui maximise la sensibilité à la phase phis en utilisant des coupures biasant le temp propre. Nous avons proposé une méthode pour corriger la déformation de temps propre à partir des données. Nous avons développé un programme d'ajustement pour déterminer la phase phis. Avec les données 2010, la valeur touveé est phis = [−2, 7,−0, 5] rad à 68% de confiance. Ce résultat est compatible avec la prédiction du Modèle Standard.

Ce travail de thèse porte sur l'identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un $\pi^0$ ($B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$) en analysant l'échantillon de données de 1.0 fb$^{-1}$ collecté en 2011 par l'expérience LHCb au LHC. Ces modes sont sensibles aux paramètres de la matrice CKM et permettent de tester certaines prédictions du Modèle Standard liées à la violation de CP. Plusieurs d'entre eux, tels que $B_s^0 \to K^-\pi^+\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$, n'ont pas été observés précédemment. Il s'agit de la première analyse avec des $\pi^0$ énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au $\pi^0$, des désintégrations $D^{*+} \to D^0 ( \to K^- \pi^+ \pi^0 ) \pi^+$ ont été sélectionnées. Un échantillon de pions neutres relativement pur et de grande statistique a ainsi pu être extrait. Il est utilisé pour étudier leur étalonnage en énergie ainsi que l'efficacité de l'outil de séparation $\pi^0 / \gamma$ de l'expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l'étude des modes $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$. Pour sélectionner les événements $B_{d,s}^0 \to h^+h'^-\pi^0$, un algorithme dédié a été mis en place au niveau du système de déclenchement. Il complète les sélections en ligne standards et permet d'augmenter significativement l'efficacité. Sur les événements enregistrés, les bruits de fond évidents, issus principalement de désintégrations de mésons charmés, sont rejetés en appliquant des critères simples. L'échantillon est alors purifié davantage en utilisant une analyse multivariée. Enfin, les informations des détecteurs Cherenkov permettent de séparer les états finals $\pi^+\pi^-\pi^0$, $K^{\pm}\pi^{\mp}\pi^0$ et $K^+K^-\pi^0$. Un ajustement simultané des spectres de masse reconstruite du méson beau dans les trois sous-échantillons est utilisé pour extraire les nombres d'événements de signal. Il tient compte des différents bruits de fond restants ainsi que des migrations du signal d'un sous-échantillon à l'autre. Les contributions des modes $B^0 \to \pi^+\pi^-\pi^0$, $B^0 \to K^+\pi^-\pi^0$ et $B_s^0 \to K^+K^ \pi^0$ sont clairement établies. Il s'agit de la première observation du mode de désintégration $B_s^0 \to K^+K^-\pi^0$.

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.

Ce travail de thèse porte sur l'identification des désintégrations sans charme de mésons beaux neutres en trois corps dont un π0 (B0 d,s → h+h′−π0) en analysant l'échantillon de données de 1.0 fb−1 collecté en 2011 par l'expérience LHCb au LHC. Ces modes sont sensibles aux paramètres de la matrice CKM et permettent de tester certaines prédictions du Modèle Standard liées à la violation de CP. Plusieurs d'entre eux, tels que B0 s → K−π+π0 et B0 s → K+K−π0, n'ont pas été observés précédemment. Il s'agit de la première analyse avec des π0 énergétiques dans LHCb. Pour évaluer les performances du détecteur relatives au π0, des désintégrations D∗+ → D0(→ K−π+π0)π+ ont été sélectionnées. Un échantillon de pions neutres relativement pur et de grande statistique a ainsi pu être extrait. Il est utilisé pour étudier leur étalonnage en énergie ainsi que l'efficacité de l'outil de séparation π0/γ de l'expérience. Les désintégrations radiatives constituent en effet le bruit de fond le plus dangereux pour l'étude des modes B0 d,s → h+h′−π0. Pour sélectionner les événements B0 d,s → h+h′−π0, un algorithme dédié a été mis en place au niveau du système de déclenchement. Il complète les sélections en ligne standards et permet d'augmenter significativement l'efficacité. Sur les événements enregistrés, les bruits de fond évidents, issus principalement de désintégrations de mésons charmés, sont rejetés en appliquant des critères simples. L'échantillon est alors purifié davantage en utilisant une analyse multivariée. Enfin, les informations des détecteurs Cherenkov permettent de séparer les états finals π+π−π0, K±π∓π0 et K+K−π0. Un ajustement simultané des spectres de masse reconstruite du méson beau dans les trois sous-échantillons est utilisé pour extraire les nombres d'événements de signal. Il tient compte des différents bruits de fond restants ainsi que des migrations du signal d'un sous-échantillon à l'autre. Les contributions des modes B0 → π+π−π0, B0 → K+π−π0 et B0 s → K+K−π0 sont clairement établies. Il s'agit de la première observation du mode de désintégration B0 s → K+K−π0.

Ce document de thèse décrit la recherche des désintégrations en trois corps des mésons beaux neutres qui contiennent un KS ou un pi 0 dans l'état final. Ces événements sont reconstruits au moyen du spectromètre LHCb installé auprès du collisionneur proton-proton LHC, sis au Cern à Genève. La phénoménologie des ces modes est riche et couvre la possibilité de mesurer tous les angles du triangle d'Unitarité de la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) qui décrit les amplitudes de transition par courant chargé faible entre quarks. Une illustration portant sur la mesure de l'angle gamma est développée dans ce document plus en détail. L'accélérateur LHC et les éléments utiles du spectromètre LHCb sont rapportés en mettant l'accent sur le travail conduit au cours de cette thèse sur l'étalonnage et l'alignement du détecteur de pieds de gerbe du calorimètre électromagnétique. Nous avons construit une méthode de calibration du détecteur au moyen de particules qui le traversent au minimum d'ionisation. Les résultats et les performances de ces calibrations sont discutées. Une méthode de discrimination des pi 0 et des photons de haute énergie est présentée, bénéficiant des mesures des caractéristiques des cascades électromagnétiques dans le PreShower et le calorimètre. Ces informations sont combinées dans une analyse multivariable. La stratégie de contrôle des performances du discriminateur directement à partir des données est discutée et cet outil est appliqué à la recherche des états finals B to hh pi 0. Une recherche similaire des modes de désintégration B{d,s} to KShh, où h peut être un pion ou un kaon chargé a été conduite. Ce mode de désintégration permet de mesurer la phase faible du mélange des mésons Bd ou Bs et la comparaison de ces déterminations avec celles extraites des modes charmonia peut permettre de mettre en évidence une phase faible au-delà du Modèle Standard dans l'amplitude de désintégration. La première étape de cette analyse consiste à établir les signaux des modes non encore observés B{s} to KShh. Ce travail exploratoire présente la première observation du mode B{s} to KSK pi.

Un moment dipolaire électrique permanent (EDM) est une propriété fondamentale des systèmes simples comme par exemple l'électron, les atomes/molécules ou le neutron dont l'existence est prédite par le Modèle Standard de la physique des particules (MS) mais qui n'a pas pour l'heure jamais été observée. Cette observable violant la symétrie CP offre la possibilité de relier la physique des particules à l'énigme cosmologique fondamentale de l'asymétrie baryonique de l'Univers observée de nos jours. Produire une telle asymétrie requiert de nouvelles sources/de nouveaux mécanismes de violation de CP, hors MS, qui peuvent être sondés de façon privilégiée par les recherches d'EDM. La sensibilité des expériences EDM actuelles se trouve des ordres de grandeurs au-dessus des prédictions du secteur faible du MS. L'absence de signal, après 60 ans de quête, détermine la limite supérieure la plus forte sur la violation de CP dans le secteur fort du MS et contraint l'espace des phases des modèles de nouvelle physique. A contrario, la mesure d'un EDM non nul dans les années à venir pourra s'interpréter comme le signal d'une physique au-delà du MS évoluant à l'échelle multi-TeV. Dans cette perspective envoûtante, de nombreux nouveaux projets de mesures des EDM ont vu le jour ces dernières années et d'importants efforts sont poursuivis auprès du neutron notamment. Ce manuscrit présente la recherche de l'EDM du neutron menée auprès de l'expérience la plus sensible à ce jour basée à l'Institut Paul Scherrer en Suisse. / A permanent electric dipole moment (EDM) is a fundamental property of simple systems such as the electron, atoms/molecules or the neutron whose amplitude is expected to be non-zero within the Standard Model of particles physics (SM) but which has never been observed so far. This observable violating the CP symmetry offers the opportunity to link particle physics to the fundamental cosmological enigma of the observed baryon asymmetry of the Universe. Such an asymmetry requires new CP violation sources/mechanism beyond the SM, which can be best probed by EDM searches. The current EDM experiments sensitivity is order of magnitude above the weak SM sector predictions. Measuring a null EDM, after a 60 years quest, set the strongest upper limit on the CP violation in the strong SM sector and constrains the new physics models phase space. On the contrary, measuring a non-zero EDM in the coming years can be understood as a signal from physics beyond the SM evolving at a multi-TeV scale. In this haunting perspective, many new EDM projects raised in the last years and important efforts are pursued near the neutron in particular. This manuscript present the neutron EDM search near the most sensitive experiment running at the Paul Scherrer Institute in Switzerland.