Cette thèse résume une recherche de manifestations de Grandes Dimensions Supplémentaires (GDS, og Large Extra Dimensions fg en anglais) en utilisant 4.91 fb-1 de données enregistrées en 2011 par le détecteur Atlas installé auprès du collisionneur LHC au CERN. En 2011, le LHC a produit des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de sqrt(s)= 7 TeV. Les GDS peuvent potentiellement expliquer une énigme connue sous le nom du problème de la hiérarchie : la grande différence entre l'échelle électrofaible et l'échelle de Planck dans le Modèle Standard (MS). Dans le cadre du modèle ADD (nommé selon les auteurs N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) des GDS, les effets de la gravitation quantique deviennent plus forts que dans le MS; potentiellement suffisamment forts pour être observés au LHC. Il y a deux mécanismes de production de gravitons dans les collisions proton-proton : production directe de gravitons et échange virtuel de gravitons. Dans cette thèse, nous présentons une recherche de dimensions supplémentaires via l'effet de l'échange virtuel de gravitons dans l'état final di-photon. Le spectre de masse invariante des événements di-photon est étudié, et un bon accord entre les données et le bruit de fond prédit par le MS est observé. Nous utilisons deux méthodes pour estimer des limites sur l'échelle de Planck fondamentale du modèle ADD : une expérience de comptage et une analyse de la forme du spectre de masse. L'expérience de comptage donne des limites entre 2.62 et 3.92 TeV à 95% C.L., en fonction du nombre de dimensions supplémentaires et du formalisme théorique utilisé. L'analyse de la forme du spectre de masse donne des limites légèrement plus strictes : la limite inférieure sur l'échelle de Planck fondamentale augmente d'un facteur de 1.04.

L'expérience LHCb a été conçue pour étudier la physique des saveurs, dont entre autre la violation de CP, sur le collisioneur proton-proton LHC.La première phase de fonctionnement du LHC a durée de 2011 à 2012, ce qui a permis à LHCb de collecter $3.19~mathrm{fb}^{-1}$ de données à une énergie dans le centre de masse des collisions de $sqrt{s} = 7~TeV$ et $sqrt{s} = 8~TeV$.L'analyse présentée dans cette thèse est basée sur l'ensemble des données collectées par LHCb lors de la première phase de fonctionnement (2011-2012).Le mécanisme de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) est le mécanisme décrivant la violation de CP dans le cadre du Modèle Standard.Les expériences de la décennie précédente, dédiées à la physique des saveurs, BaBar et Belle, ont permis de démontrer le fonctionnement du mécanisme CKM et de démontrer qu'il est majoritairement Standard.`A présent LHCb a pour objectif de mesurer avec précision les paramètres de ce mécanisme, ce qui constitue des points de références du Modèle Standard, pour en parallèle rechercher de manière indirecte de la Nouvelle Physique en recherchant des déviations à ces points de références du Modèle Standard.Les travaux réalisés lors de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du premier axe de recherche: réaliser des mesures de précision des paramètres du mécanisme CKM pour contraindre le Modèle Standard.Dans cette thèse nous réalisons la mesure la plus précise à l'heure actuelle du rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0tobar{D}^0K^+K^-}$, la première observation des modes ${B^0_stobar{D}^0K^+K^-}$ et ${B^0_stobar{D}^{*0}phi}$ avec mesure de la polarisation de ce dernier, la confirmation de la mesure du rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0_stobar{D}^0phi}$, ainsi que des limites supérieures sur le rapport d'embranchement de la désintégration ${B^0tobar{D}^0phi}$ et sur l'angle de mélange des mésons ${omega - phi}$.L'observation de ces modes ${B^0_{(s)}tobar{D}^0K^+K^-}$ et sous modes ${B^0_{(s)}tobar{D}^{(*)0}phi }$ permet de préparer les futures analyses de Dalitz de ces modes qui contribueront, en les combinant avec les autres méthodes, à améliorer la précision sur la mesure de la phase complexe $gamma$ du mécanisme CKM. / The LHCb experiment has been designed to study flavor physics, notably CP violation, on the LHC proton-proton collider.The first LHC run goes from 2011 to 2012, during what LHCb saved $3.19~mathrm{fb}^{-1}$ of data with a collision centre-of-mass energy at ${sqrt{s} = 7~TeV}$ and ${sqrt{s} = 8~TeV}$.The analysis presented in this thesis is based on a data sample corresponding to the full first run of the LHC (2011-2012).The Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mechanism describes CP violation in the Standard Model.In the previous decade, two dedicated experiments to flavor physics, BaBar and Belle, proved that the CKM mechanism is at work and dominated by Standard effects.Now LHCb aim is to improve precision on measurements of CKM parameters, in order to serves as the Standard Model reference points, to make in parallel indirect search of New Physics looking for deviations from the Standard Model reference points.Accurate measurements of CKM parameters through different processes provide sensitivity to new physics effects, by testing the global consistency of the Standard Model.This thesis is included inside the first LHCb aim: to improve CKM parameters measurements to constrain the Standard Model.This thesis reports the most precise measurement to date of the branching fraction of ${B^0tobar{D}^0K^+K^-}$ decay, the first observation of the decays ${B^0_stobar{D}^0K^+K^-}$ and ${B^0_stobar{D}^{*0}phi}$ with a polarization measurement for the second one, confirmation of the branching fraction measurement of ${B^0_stobar{D}^0phi}$, and upper limits on branching fraction of ${B^0tobar{D}^0phi}$ decay and on ${omega - phi}$ mixing angle.The observation of ${B^0_{(s)}tobar{D}^0K^+K^-}$ and ${B^0_{(s)}tobar{D}^{(*)0}phi }$ decays prepare the Dalitz analysis for these channels which will be used, combined with other methodes, to improve measurement on the $gamma$ complex-phase of the CKM mechanism.

Le Modèle Standard (MS) de la physique des particules s’est imposé comme étant la description la plus précise des interactions fondamentales entre les particules élémentaires. La découverte d’un boson de Higgs, avec une masse de 125 GeV, en Juillet 2012 au Large Hadron Collider (LHC), en a marqué sa confirmation définitive. Cependant, de nombreux problèmes observationnels et théoriques sont au coeur du MS, la plupart liés au secteur de Higgs. Etant une particule scalaire, le boson de Higgs souffre de très grandes corrections radiatives, ce qui déstabilise l’échelle électro-faible et mène au problème de hiérarchie. L’un des buts principaux du LHC est d’explorer précisément le secteur de Higgs, afin de caractériser le mécanisme à l’origine de la brisure de la symétrie électro- faible et de tester de possibles solutions au problème de hiérarchie. Le secteur de Higgs est également responsable de la génération des masses des fermions dans le MS, par le biais des couplages de Yukawa. Ces couplages sont extrêmement non génériques et cela mène aux problèmes de la saveur au delà du MS.La première partie de cette thèse se concentre sur la caractérisation précise du secteur de Higgs. En particulier, le code public Lilith est présenté, il permet de dériver des contraintes sur des scénarios de nouvelle physique à l’aide des mesures des propriétés du boson de Higgs en collisionneurs. Une analyse des couplages du boson de Higgs dans le contexte de plusieurs scénarios est ensuite effectuée. Dans la seconde partie, la phénoménologie des modèles à deux doublets de Higgs est étudiée à la lumière des résultats de la première phase du LHC. La limite d’alignement, ainsi que la possible présence de bosons de Higgs légers, sont étudiées en détail. Finalement, dans la dernière partie de cette thèse, l’hypothèse de Violation Minimale de la Saveur est introduite comme une solution potentielle aux problèmes de la saveur au delà du MS. Appliquée au Modèle Standard Supersymétrique Minimal, l’évolution des couplages baryoniques violant la parité R sous le groupe de renormalisation est analysée en détail. / The Standard Model (SM) of particle physics stands as the most successful description of the fundamental interactions between elementary particles. The discovery of a Higgs boson, at a mass of 125 GeV, in July 2012 at the Large Hadron Collider (LHC), marked its ultimate confirmation. However, various observational and theoretical problems lie in the heart of the SM, with the majority of them linked to the Higgs sector. Being a scalar, the Higgs boson is subject to very large radiative corrections and this ultimately leads to the electroweak hierarchy problem. One of the main goals of the LHC program is to precisely probe the Higgs sector, in order to characterize the mechanism at the origin of the breaking of the electroweak symmetry and test possible solutions to the hierarchy problem. The Higgs sector is also responsible for the generation of the fermion masses, as it induces the Yukawa couplings. The SM flavor sector is highly hierarchical and this leads to flavor puzzles in theories beyond the SM.The first part of this thesis is dedicated to the precise characterization of the Higgs sector. In particular, the public tool Lilith is presented, which allows to derive constraints on new physics models based on the Higgs measurements at colliders. It is then used to perform global fits of the Higgs couplings in the context of various scenarios. In the second part, the phenomenology of two-Higgs-doublet models is studied in the light of the results from the first run of the LHC. The so-called alignment limit is explored in detail, as well as the possible presence of light scalar states. Finally, in the last part of this thesis, the Minimal Flavor Violation hypothesis is introduced as a possible solution to the flavor puzzles beyond the SM. Enforcing it in the Minimal Supersymmetric Standard Model, the renormalisation group evolution of the baryonic R-parity violating couplings is then studied in detail.

Cette thèse résume une recherche de manifestations de Grandes Dimensions Supplémentaires (GDS, og Large Extra Dimensions fg en anglais) en utilisant 4.91 fb-1 de données enregistrées en 2011 par le détecteur Atlas installé auprès du collisionneur LHC au CERN. En 2011, le LHC a produit des collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de sqrt(s)= 7 TeV. Les GDS peuvent potentiellement expliquer une énigme connue sous le nom du problème de la hiérarchie : la grande différence entre l'échelle électrofaible et l'échelle de Planck dans le Modèle Standard (MS). Dans le cadre du modèle ADD (nommé selon les auteurs N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) des GDS, les effets de la gravitation quantique deviennent plus forts que dans le MS; potentiellement suffisamment forts pour être observés au LHC. Il y a deux mécanismes de production de gravitons dans les collisions proton-proton : production directe de gravitons et échange virtuel de gravitons. Dans cette thèse, nous présentons une recherche de dimensions supplémentaires via l'effet de l'échange virtuel de gravitons dans l'état final di-photon. Le spectre de masse invariante des événements di-photon est étudié, et un bon accord entre les données et le bruit de fond prédit par le MS est observé. Nous utilisons deux méthodes pour estimer des limites sur l'échelle de Planck fondamentale du modèle ADD : une expérience de comptage et une analyse de la forme du spectre de masse. L'expérience de comptage donne des limites entre 2.62 et 3.92 TeV à 95% C.L., en fonction du nombre de dimensions supplémentaires et du formalisme théorique utilisé. L'analyse de la forme du spectre de masse donne des limites légèrement plus strictes : la limite inférieure sur l'échelle de Planck fondamentale augmente d'un facteur de 1.04. / This thesis summarizes a search for manifestations of Large Extra Dimensions (LED) using 4.91fb-1 of data collected in 2011 by the Atlas detector at the LHC collider at CERN. In 2011, the LHC has provided proton-proton collisions at a center-of-mass energy of sqrt(s) = 7 TeV. LED can potentially solve the so-called hierarchy problem, i.e. large apparent difference between two fundamental scales of the Standard Model (SM), the electroweak and the Planck scales. In the context of the ADD model (named after the authors N. Arkani-Hamed, S. Dimopoulos and G. Dvali) of LED, the effects of quantum gravity become much stronger than in the SM; possibly large enough to be observed at the LHC. There are two possibilities of graviton production in proton-proton collisions: direct graviton production and virtual graviton exchange. In this thesis, we present a search for the manifestation of extra dimensions via the effect of virtual graviton exchange on the di-photon final state. The di-photon invariant mass spectrum is studied and found to be in good agreement with SM background expectation. We set limits on the fundamental Planck scale of the ADD model using two different methods: a counting experiment and an analysis of the shape of the di-photon mass spectrum. The counting experiment yields limits between 2.62 and 3.92 TeV at 95% CL, depending on the number of extra dimensions and the theoretical formalism used. The shape analysis yields slightly more stringent limits: the lower limits on the fundamental Planck scale improve by a factor of 1.04.

Une très grande effervescence secoue le monde de la physique des particules depuis le lancement du grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Cette énorme machine capable de faire se collisionner des protons à des énergies égales à 14 TeV promet de lever le voile sur la physique régissant les interactions à ces échelles d’énergies. Ces résultats sont d’autant plus attendus que l’on a acquis la certitude que le Modèle Standard de la physique des particules est incomplet et devrait, en fait, être interprété comme la théorie effective d’une théorie plus fondamentale. Toutefois, depuis le lancement des expériences au LHC avec des énergies de 7 puis de 8 TeV aucun signe de nouvelle physique n’a été découvert. Par contre, un énorme bond en avant a été franchi avec la découverte d’une particule scalaire de masse égale à 125 GeV et dont les propriétés sont relativement proches de celles du boson de Higgs telles que prédites par le Modèle Standard. C’est dans ce contexte de forte émulation internationale que mon travail de thèse s’est inscrit. Dans un premier temps, nous avons voulu explorer la phénoménologie associée au secteur des neutralinos et charginos du modèle supersymétrique symétrique gauche-droit. Cette étude peut être motivée par plusieurs raisons notamment le fait que leur caractère supersymétrique apporte une solution au problème dit de la hiérarchie mais implique aussi l’unification des constantes de jauge ainsi que l’explication de la matière noire. L’introduction de la symétrie entre les fermions gauchers et les fermions droitiers permet, quant à elle, d’expliquer naturellement, via le mécanisme dit de la balançoire, la petitesse de la masse des neutrinos mais aussi de répondre à plusieurs autres questions non solubles dans le cadre du Modèle Standard. Nous concentrant uniquement sur le secteur des charginos et neutralinos les plus légers, nous avons montré que ces modèles peuvent être facilement mis en évidence dans les évènements multi-leptoniques en ce sens que les signatures qu’ils induisent sont tr`es différentes comparées à celles du Modèle Standard et de sa version supersymétrique.[...] / The field of high-energy physics has been living a very exciting period of its history with the Large Hadron Collider (LHC) at CERN collecting data. Indeed, this enormous machine able to collide protons at a center of mass energy of 14 TeV promises to unveil the mystery around the physics at such energy scales. From the physicists side, the expectations are very strong as it isnowadays a certitude that the Standard Model of particle physics is incomplete and should, in fact, be interpreted as the effective theory of a more fundamental one. Unfortunately, the 7 and 8 TeV runs of the LHC did not provide any sign of new physics yet but there has been at least one major discovery in 2010, namely the discovery of a scalar particle with a mass of 125 GeV and whichproperties are very close to those of the Standard Model Higgs boson. Since then, many questions have come up as we now want to understand if it really is the Standard Model Higgs boson or if it exhibits any deviations. It is in this peculiar context that my research work was carried. In a first project, we, my supervisors, our collaborator and I, have wanted to explore thephenomenology associated with the neutralinos and charginos sector of the left-right symmetric supersymmetric model. Such an analysis can be motivated by several reasons such as the fact that the supersymmetric nature of these models provides a natural explanation for the infamous hierarchy problem, implies the unification of the gauge coupling constants at very high energy and provides a natural candidate for dark matter. In addition to these nice features, the left-right symmetry introduces a natural framework for explaining the smallness of neutrino masses but also helps in addressing several other unresolved issues in the Standard Model framework. Only focusing on the lightest charginos and neutralinos decaying into one or more light leptons, we have shown in our study that these models can be easily discovered in multi-leptonic final states as theylead to signatures very different from those induced by the Standard Model or its supersymmetric version.[...]

Le LHC (Large Hadron Collider) a produit en 2012 des collisions proton proton à une énergie de 8 TeV dans le centre de masse pour les expériences ATLAS et CMS. Ces deux expériences ont été conçues pour découvrir le boson de Higgs et pour rechercher de nouvelles particules prédites par des modèles théoriques. Le boson de Higgs a été découvert le 4 juillet 2012 par les expériences ATLAS et CMS. Cette découverte marque le début d'une nouvelle période de recherche dans le domaine. Avec la confirmation de l'existence du boson de Higgs, les recherches de nouvelle physique liées à ce boson sont devenues prioritaires. Par exemple, on peut chercher dans les données une nouvelle particule massive qui peut se désintégrer dans un boson de Higgs associé à d'autres particules du modèle standard. Une signature attendue est un boson de Higgs avec un quark top, les deux particules les plus lourdes du modèle standard. Le modèle standard prédit une section efficace pour la production du Higgs avec un quark top. Ainsi une mesure de cette section efficace montrant une valeur plus importante prouverait l'existence de physique au-delà du modèle standard. En outre, l'existence de physique au-delà le modèle standard pourrait montrer des résonances qui se désintègrent dans un quark top et un boson de Higgs. Dans la première partie de ce manuscrit, je présente les bases théoriques et expérimentales du modèle standard, ainsi que le dispositif expérimental. Dans le même chapitre théorique je discute une extension du modèle standard dans le cadre d'un modèle effectif englobant ce dernier. De plus, je détaille une étude de faisabilité d'une recherche d'une des nouvelles particules prédites par ce modèle, un quark vectoriel. Dans la deuxième partie, la recherche dans CMS de ce quark vectoriel T_, partenaire du quark top, est décrite. Ce partenaire du top est une nouvelle particule très similaire au quark top du modèle standard, mais beaucoup plus lourde. On considère le cas où ce nouveau quark se désintègre préférentiellement dans un quark top et un boson de Higgs. J'ai fait cette recherche dans le canal hadronique ou le Higgs se désintègre en deux quarks b et le quark top se désintègre en trois quarks, un quark b et deux quarks légers. J'ai reconstruit la masse du T_ à partir de l'identification de tous ses produits de désintégration. Le résultat obtenu est décrit sous forme des limites observées sur la section efficace de production du T_ déduites à partir de cette analyse / During 2012, the Large Hadron Collider (LHC) has delivered proton-proton collisions at 8 TeV center of mass energy to the ATLAS and CMS experiments. These two experiments have been designed to discover the Higgs boson and to search for new particles predicted by several theoretical models, as supersymmetry. The Higgs boson has been discovered by ATLAS and CMS experiments on July, 4th of 2012, starting a new era of discoveries in particle physics domain. With the confirmation of the existence of the Higgs boson, searches for new physics involving this boson are of major interest. In particular, data can be used to look for new massive particles that decay into the Higgs boson accompanied with other particles of the standard model. One expected signature is a Higgs boson produced with a top quark, the two heaviest particles in the standard model. The standard model predicts a cross section of top-Higgs production, then any enhancement of their associated production will be a clear signature of physics beyond the standard model. In addition, the existence of physics beyond the standard model can also be reflected by resonances that decay into a top-quark and a Higgs boson. In the first part of my work I describe the theoretical and experimental foundations of the standard model, as well as the experimental device. In the same theoretical chapter, I also discuss the formulation of an extension of the standard model. In addition, I describe a feasibility study of a search of one of the particles predicted by such model. The second part contains the realization of the search for a top partner, T_, within the CMS experiment. This top partner is a new particle very similar to the standard model top quark, but much heavier, that can decay into a top quark and a Higgs boson. The analysis looks for this particle in the full hadronic final state, where the Higgs boson decays into two b-quarks and the top quark decays into three standard model quarks, a b and two light quarks. In this channel, I reconstruct its mass from the identification of all its decay products. As a result of the analysis, I show the limits on the T_ production cross section from the number of observed events in the specific signature

Dans la première partie de cette thèse, je présenterai le 5D MSSM qui est un modèle super symétrique avec une dimension supplémentaire. (Five Dimensional Minimal Supersymmetric Standard Model). Apres compactification sur l'orbifold S1/Z2, le calcul des équations du groupe de renormalisation (RGE) à une boucle montre un changement dans l'évolution des paramètres phénoménologiques. Dès que l'énergie E = 1/R est atteinte, les états de Kaluza- Klein interviennent et donnent des contributions importantes. Plusieurs possibilités pour les champs de matière sont discutés : ils peuvent se propager dans le "bulk" ou ils sont localisés sur la "brane". Je présenterai d'une part l'évolution des équations de Yukawa dans le secteur des quarks ainsi que les paramètres de la matrice CKM, d'autre part, les effets de ce modèle sur le secteur des neutrinos notamment les masses, les angles de mélange, les phases de Majorana et de Dirac. Dans la deuxième partie, je parlerai du modèle AMSB et ses extensions (MM-AMSB et HCAMSB). Ces modèles sont des scenarios de brisure assez bien motivés en super symétrie. En calculant des observables issues de la physique des particules puis en imposant des contraintes de cosmologie standard et alternative sur ces scénarios, j'ai déterminé les régions qui respectent les contraintes de la matière noire et les limites de la physique des saveurs. Je reprendrai ensuite l'analyse de ces modèles en utilisant de nouvelles limites pour les observables. La nouvelle analyse est faite en ajoutant les mesures récentes sur la masse du Higgs et les rapports de branchement pour plusieurs canaux de désintégrations / In the first part of this thesis, we review the Universal Extra-Dimensional Model compactified on a S1/Z2 orbifold, and the renormalisation group evolution of quark and lepton masses, mixing angles and phases both in the UED extension of the Standard Model and of the Minimal Supersymmetric Standard Model (the five-dimensional MSSM). We consider two typical scenarios: all matter fields propagating in the bulk, and matter fields constrained on the brane. The two possibilities give rise to quite different behaviours. For the quark sector we study the Yukawa couplings and various flavor observables and for the neutrino sector, we study the evolution of neutrino masses, mixing angles and phases. The analysis is performed in the two cases for different values of tan β and different radii of compactification. The resulting renormalization group evolution equations in these scenarios are compared with the existing results in the literature, together with their implications. In the second part, we present a simulation study about anomaly mediated supersymmetry breaking and its extensions. Anomaly mediation is a popular and well motivated supersymmetry breaking scenario. Different possible detailed realisations of this set-up are studied and actively searched for at colliders. Apart from limits coming from flavour, low energy physics and direct collider searches, these models are usually constrained by the requirement of reproducing the observations on dark matter density in the universe. We reanalyse these bounds and in particular we focus on the dark matter bounds both considering the standard cosmological model and alternative cosmological scenarios. We briefly discuss the implications for phenomenology and in particular at the Large Hadron Collider. After that we update our analysis by using new limits from observables and adding recent Higgs boson measurements for the mass and signal strengths in different decay channels

In this thesis, we study several scenarios which go beyond the Standard Model of particle physics with the aim of gaining a better understanding for the multiplication of fermion families, their masses and mixings pattern and its relation to CP violation. The common feature of the models we envisaged (and the guiding principle of the thesis) is the introduction of extra space dimensions. In a first attempt to explain the fermion mass structure, we elaborate on a model with two extra-dimensions and a Nielsen- Olesen vortex background established on it. In this framework, three families in 4D can be seen as different modes of a single generation in 6D, while their extra-dimensional wavefunctions turn out highly constrained by the dynamics, which allows to determined the mass matrices with few parameters. Moreover, with a few additional hypotheses only, it is possible to simultaneously account for the striking differences between neutrinos and charged fermions. After a summary of the model, we illustrate this with the explicit formulation of a benchmark model which reproduces convincingly all the mass and mixing parameters of the Standard Model, taking advantage of new, more precise numerical solutions of the field equations, and including the recent measurements of the Standard Model scalar boson mass and of the neutrino heta_13 mixing angle (the latter has however been correctly predicted by the model before its first measurement). We then turn to the predictions which mainly concern the neutrino and gauge sectors. In the former, we remind the Majorana nature, and the natural tendency for inverted hierarchy pattern with an almost maximally suppressed neutrinoless double beta decay. On the other hand, we predict new (neutral) gauge bosons whose couplings to fermions are not flavour-diagonal but are however constrained (in their strength and their flavour structure) by the 6D anatomy of the theory. We compare their detectability in precision low energy processes and at colliders (especially at the LHC), and show that in the simplest geometries at least, the bounds from the former exclude interesting phenomenology for the latter. Nevertheless, we turn to more phenomenological effective Lagrangians with the same overall structure and in which we are able to lower the mass scale of the new bosons to a reachable energy, and thus analyse the possible signatures for LHC.In the last part of this work, we turn to the issue of CP violation and show how in certain 6D models with non simply connected topologies, it is possible to generate a non negligible CP violation at the 4D level in a pure gauge approach. We carefully study how the 4D CP symmetry is related to particular transformations of the original 6D theory and subsequently show how an incompatibility of such transformations with the compactification scheme can lead to an effective CP breaking. As a proof of concept, we build a toy model with two extra-dimensions compactified on a flat torus and end in 4D with a light neutral fermion with a non zero electric dipole moment.Dans cette thèse, nous étudions plusieurs scénarios au-delà du Modèle Standard de la physique des particules à la recherche d'une meilleure compréhension de la multiplication des familles de fermions, de leurs masses et de leurs mélanges, ainsi que la relation à laviolation de CP.La caractéristique commune à tous les modèles envisagés (et le concept sous-jacent à toute la thèse) est l'introduction de nouvelles dimensions spatiales. Dans une première tentative pour expliquer le spectre des fermions, nous développons un modèle où une structure de vortex à la Nielsen-Olesen est établie sur deux dimensions supplémentaires. Dans ce cadre, les trois familles à 4D peuvent être vues comme différents modes d'une unique génération à 6D, tandis que leur fonctions d'onde extra-dimensionnelles s'avèrent fortement contraintes par la dynamique ;ceci permet d'établir les matrices de masses en terme d'un petit nombre de paramètres. De plus, grâce à quelques hypothèses additionnelles seulement, il est possible de justifier simultanément les différences marquées entre neutrinos et fermions chargés. Nous synthétisons le modèle et l'illustrons en en formulant une réalisation particulière qui parvient à reproduire de manière convaincante tous les paramètres de masse et de mélange du Modèle Standard. Pour l'occasion, nous exploitons de nouvelles solutions aux équations des champs, numériquement plus précises, et prenons en compte les mesures récentes de la masse du boson scalaire et de l'angle de mélange heta_13 pour les neutrinos (le modèle avait cependant prédit ce dernier avant qu'il ne soit mesuré pour la première fois). Nous nous tournons ensuite vers les prédictions du modèle et qui concernent principalement le secteur des neutrinos et celui des bosons de jauge. Pour le premier, nous rappelons la nature "Majorana" des neutrinos, ainsi que la tendance naturelle à une hiérarchie inverse avec une suppression quasi maximale de la double désintégration bêta sans neutrino. D'autre part, nous prédisons de nouveaux bosons de jauge (neutres) dont les couplages aux fermions ne sont pas diagonaux dans l'espace des saveurs mais sont contraints (autant en terme de valeurs qu'en termes de structure) par l'anatomie de la théorie à 6D. Nous comparons leurs détections potentielles dans les processus de précision à basse énergie et auprès des collisionneurs (en particulier au LHC). Nous montrons que, dans les géométries les plus simples du moins, les limites imposées par les premiers excluent toute phénoménologie intéressante du côté des seconds. Toutefois, en nous tournantvers des Lagrangiens effectifs qui conservent la même structure d'ensemble mais ouvrent à une étude plus phénoménologique, nous sommes capables de réduire l'échelle de masse de ces nouveaux bosons jusqu'à une énergie accessible, et donc d'en analyser de potentielles signatures au LHC.Dans la dernière partie de ce travail, nous nous intéressons à la question de la violation de CP et montrons comment dans certains modèles à 6D avec une topologie non-simplement connexe, il est possible de générer une violation de CP non négligeable à 4D dans une approche de "pure jauge". Nous étudions attentivement comment la symétrie CP à 4D est reliée à des transformations particulières de la théorie originale à 6D, suite à quoi nous montrons comment l'incompatibilité de ces transformations avec la façon dont sont "compactifiées" les dimensions supplémentaires peut conduire à une brisure effective de CP. Pour illustrer la faisabilité de notre approche, nous élaborons un "modèle jouet" où deux dimensions supplémentaires sont compactifiées sur un tore plat, et obtenons à 4D un fermion neutre léger et qui possède un moment électrique dipolaire non nul. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le Modèle standard de la physique de particules explique avec beaucoup de succès comment les particules fondamentales interagissent entre elles. Néanmoins, ce modèle n’est pas capable d’expliquer certains défis contemporains du domaine, comme la grande quantité de paramètres libres, le problème de la hiérarchie ou l’identité de la matière sombre. Pour expliquer ces phénomènes, il faut chercher la physique au-delà du Modèle standard. De sorte à satisfaire les contraintes provenant des mesures expérimentales, on peut considérer l’addition d’une seule nouvelle particule au Modèle standard qui se couple à deux quarks, le diquark. Sa contribution aux processus hadroniques offre une opportunité d’obtenir des limites dans ses paramètres à partir des données expérimentales contemporaines. Ceci nous permettrait d’évaluer son potentiel et d’identifier les processus auxquels cette particule peut contribuer. Parmi les états de diquarks possibles, on trouve les diquarks scalaires Dᵘ et Dᵈ, qui possèdent un couplage antisymétrique à des paires de quarks droitiers du type up ou du type down, respectivement. L’obtention des contraintes sur les valeurs de leur masse Mᴰ et leurs couplages aux quarks (x^q, y^q), où q = u, d, est l’objectif central de ce travail. Pour cela, on considère tout d’abord des recherches directes dans la production de dijet, la signature expérimentale des désintégrations de ces particules. Ensuite, on sonde l’influence indirecte du diquark Dᵘ dans les mesures expérimentales de la section efficace de production d’un seul quark top. Les données expérimentales obtenues dans le Grand collisionneur d’hadrons (LHC) pour ces processus à haute énergie sont utilisées pour comparer les prédictions théoriques de ces modèles et quantifier leur viabilité en fournissant de nouvelles contraintes sur ses paramètres. On est capable d’améliorer les contraintes trouvées dans la littérature de |xᵘ| ≤ 14,4 à |xᵘ| ≤ 0,13–0,15 pour Dᵘ et de |xᵈyᵈ| ≤ 0,022 avec |yᵈ| ≤ 0,17 à |xᵈ| ≤ 0,15–0,17 pour Dᵈ, les deux avec une masse de Mᴰ = 600 GeV. De plus, l’analyse des données pour la production d’un seul quark top montre que la réduction de l’espace de phase des pᵀ peut améliorer encore plus ces contraintes. / The Standard Model of particle physics explains with great success how fundamental particles interact. However, this model cannot explain some contemporary challenges of the domain, such as the large number of free parameters, the hierarchy problem or the identity of dark matter. To explain these phenomena, we need to search for physics beyond the Standard Model. In order to satisfy the existing constraints from experimental measurements, we can consider the addition of a single new particle to the Standard Model that couples to two quarks, a diquark. Its contribution to hadronic processes offers an opportunity to set limits on its parameters from contemporary experimental data. This would allow us to evaluate their potential and identify processes to which they can contribute. Among the possible diquark states, we find the scalar diquarks Dᵘ and Dᵈ, which have an antisymmetric coupling to pairs of right-handed up-type or down-type quarks, respectively. To obtain constraints on their mass Mᴰ and on their couplings to quarks (x^q, y^q), where q = u, d, is the main goal of this work. In order to do so, we start by considering direct searches in the production of dijet, the experimental signature of the decay of these particles. Afterwards, we probe the indirect influence of the Dᵘ diquark to the experimental measurements of the single-top-production cross section. Recent data for both of these processes from the Large Hadron Collider (LHC) is used to compare the theoretical predictions of these models and quantify their viability by providing new constraints on its parameters. We are able to improve the constraints found in the literature from |xᵘ| ≤ 14.4 to |xᵘ| ≤ 0.13–0.15 for Dᵘ and from |xᵈyᵈ| ≤ 0.022 to |yᵈ| ≤ 0.17 to |xᵈ| ≤ 0.15–0.17 for Dᵈ, both with masses of Mᴰ = 600 GeV. Other than that, the analysis of the data from single top production shows that the reduction of the pᵀ space can further improve these constraints.

Cette thèse présente des recherches sur la nouvelle physique produite par le processus de Fusion de Bosons Vecteur (VBF) dans les états finaux avec une grand impulsion transverse manquante (Etmiss) en utilisant 36.1 fb⁻¹ de données de collisions proton-proton avec une énergie dans le centre de masse de 13 TeV, recueillies par l'expérience ATLAS au Large Hadron Collider (LHC) au CERN en 2015 et 2016. En particulier, elle se concentre sur la recherche de la désintégration invisible du boson de Higgs produit via le mode VBF. Comme le modèle standard de la physique des particules (MS) prédit une désintégration invisible de Higgs uniquement à travers le mode H->ZZ*->4v avec un rapport d’embranchement BR ~ 0,1%, si une désintégration en particules invisibles du boson de Higgs était observée avec un BR supérieur, ce serait un signe de nouvelle physique. Plusieurs modèles au-delà du modèle standard (BSM) prédisent des désintégrations du boson de Higgs en particules de matière noire (DM, non détectées) ou en particules massives neutres à vie longue. Parmi les recherches H->particules invisibles, la plus sensible est celle où le Higgs est produit via le mode VBF. Son état final est caractérisé par deux jets énergétiques, avec les caractéristiques typiques du mode VBF (c'est-à-dire une grande séparation angulaire et une grande masse invariante des deux jets) et une grande impulsion transverse manquante (Etmiss>180 GeV). Pour sélectionner un échantillon d'événements candidats de signal, une région de signal (SR) est définie pour maximiser la fraction d'événements de signal attendus par rapport à la prédiction du MS (bruit de fond). Les processus MS qui peuvent peupler la SR proviennent principalement des processus Z->vv+jets et W->lv+jets, où le lepton est perdu ou non reconstruit. Leur contribution est estimée avec une approche semi-data driven : des régions dédiées enrichies en événements W->lv/Z->ll sont utilisées pour normaliser les données des estimations de Monte Carlo (MC) en utilisant une technique de fit simultané (méthode du facteur de transfert) et pour les extrapoler à la SR. L'estimation de fond prédit est comparée aux données SR observées. Comme aucun excès n'est trouvé, une limite supérieure sur le BR (H-> invisible) est calculée. L'analyse est ensuite réinterprétée dans le cadre de modèles inspirés du modèle Minimal Dark Matter. Le cas d'un nouveau triplet fermionique électrofaible, avec une hypercharge nulle et avec interactions respectant le nombre B-L, ajouté au MS fournit un bon candidat Dark Matter (WIMP pure). Si on considère l'abondance thermique, la masse du composant neutre est d’environ 3 TeV. Cependant des masses plus faibles sont également envisageables dans le cas de mécanismes de production non thermiques ou lorsque le triplet ne constitue qu'une fraction de l'abondance de DM. Il peut être produit à des collisionneurs proton-proton tels que le LHC et il peut être sondé de différentes manières. Une fois produites, les composantes chargées du triplet se désintègrent dans le composant neutre le plus léger, χ0 , avec en plus des pions très mous, en raison de la petite différence de masse entre les composants neutres et chargés. Ces pions de très faible impulsion ne peuvent pas être reconstruits et sont donc perdus. Le χ0 est reconstruit comme de l’Etmiss dans le détecteur. Par conséquent, lorsqu'il est produit via VBF, il donne lieu à une signature avec deux jets VBF et de l’Etmiss, le même état final que celui qui a été étudié pour l'analyse de VBF H->invisible. Des points de masse différentes (de 90 GeV à 200 GeV) ont été engendrés avec les programmes Monte Carlo Madgraph+Pythia, dans le cadre du logiciel officiel ATLAS, et les limites supérieures sont définies sur la section efficace fiducielle de production. Des extrapolations à des luminosités plus élevées (Run3 et HL-LHC) en utilisant une approche simplifiée sont également présentées. / This thesis presents searches for new physics produced via Vector Boson Fusion (VBF) in final states with large Missing Transverse Momentum (Etmiss) using 36.1 fb⁻¹ of data from proton-proton collisions at center-of-mass-energy of 13 TeV, collected by the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider at CERN during 2015 and 2016. In particular, it focuses on the search for the invisible decay of the Higgs boson produced via the vector boson fusion (VBF) process. As the SM predicts an Higgs invisible decay only through H->ZZ*->4v with Branching Ratio BR~0.1%, if an invisibly decaying Higgs boson would be observed with a higher BR, this would be a sign of new physics. Several Beyond the Standard Model (BSM) models predict invisibly decaying Higgs boson where the Higgs can decay into dark matter particles or neutral long-lived massive particles. Among the H->invisible searches the most sensitive one is the one where the Higgs is produced via the VBF process. Its final state is characterized by two energetic jets, with the typical features of the VBF mode (i.e. large angular separation and large invariant mass) and large missing transverse momentum (Etmiss>180 GeV). To select a sample of signal candidate events, a Signal Region (SR) is designed to maximize the fraction of expected signal events with respect to the SM prediction (backgrounds). The SM processes which can populate the SR comes mainly from Z->vv+jets and W->lv+jets processes, where the lepton is lost or not reconstructed. Their contribution is estimated with a semi data driven approach: dedicated regions enriched in W->lv/Z->ll events are used to normalize to data the Monte Carlo (MC) estimates using a simultaneous fitting technique (transfer factor) and to extrapolate them to the SR. The predicted background estimate is compared to the observed SR data. Since no excess is found, an upper limit on the BR(H->inv) is set. The analysis is then reinterpreted in the context of models inspired by the Minimal Dark Matter model. The case of a new electroweak fermionic triplet, with null hypercharge and with interactions respecting the B-L number, added on top of the SM provides a good Dark Matter candidate. As such, it is an example of pure Weakly Interacting Massive Particle (WIMP), meaning that it is a DM particle with SU(2)_L SM interactions which is not mixing with other states (pure).If the thermal abundance is assumed, the mass of the neutral component is around 3 TeV, however smaller masses are also allowed in case of non-thermal production mechanisms or if the triplet constitutes only a fraction of the DM abundance. It can be produced at proton-proton colliders such as the LHC and it can be probed in different ways. Once produced, the charged components of the triplet decays into the lightest neutral component chi0 plus very soft charged pions. chi0 is reconstructed as Etmiss in the detector while the pions, because of the small mass splitting between the neutral and charged components, are so soft that are lost and are not reconstructed. Therefore, when produced via VBF, it gives rise to a signature with two VBF jets and Etmiss, the same final state that has been investigated for the VBF Higgs invisible analysis. Different mass point (from 90 GeV to 200 GeV) have been generated with the Madgraph+Pythia, Monte Carlo programs within the official ATLAS software, and upper limits are set on the fiducial cross section. Extrapolations to higher luminosities using a simplified approach are also presented.