L'ajustement des differentes mesures electrofaibles dans le cadre du Modele Standard privilegie un boson de Higgs de faible masse egale a mH = 90 +36 -27 GeV, proche de la limite d'exclusion obtenue au LEP. La d´ecouverte du boson de Higgs a faible masse au LHC est difficile et nécessite la combinaison de plusieurs canaux. La production associ´ee du boson de Higgs avec une paire de quarks top, le boson de Higgs se désintegrant en une paire de quarks b (dominants pour mH <135 GeV), est l'une des signatures considérées. Ce canal permet d'accéder au couplage du Yukawa du top et du quark beau. Le potentiel de découverte du boson de Higgs dans ce canal est étudié avec l'expérience ATLAS. Plusieurs ingrédients sont cruciaux pour cette analyse: la reconstruction du systeme top anti-top avec une grande pureté, un excellent étiquetage des jets b et la connaissance du bruit de fond t ¯t+jets. Le d´etecteur a pixels est le sous-détecteur le plus important d'ATLAS pour l'étiquetage des jets b. En automne 2008, le d´etecteur ATLAS a été mis en service et étudie avec des muons cosmiques. La détermination des canaux morts, des constantes de calibrations et la prise en compte des données de contrôle du d´etecteur a pixels sont d´etaillées pour cette periode. Une ´etude pour d´eterminer puis masquer les pixels bruyants est ´egalement présentée. Finalement, l'efficacité de détection des pixels a été mesurée avec les muons cosmiques.

Le Modèle Standard de la physique des particules postule l'existence d'un champ doublet scalaire de Higgs, qui après brisure de symétrie électro-faible, donne lieu à la présence d'une particule scalaire neutre, le boson de Higgs. Les recherches directes par les expériences LEP imposent une masse de ce boson, s'il existe, supérieure à 114.5 GeV. Les mesures électro-faibles de précision, quant à elles, contraignent la masse du boson de Higgs, dans le Modèle Standard, à être inférieure à 144 GeV (95 % C.L.). Dans ce domaine de masse, la désintégration du boson de Higgs en deux photons est un des canaux les plus importants pour la recherche de ce boson dans le détecteur ATLAS. Ici, nous évaluons la possibilité d'étudier la production associée avec un boson Z ou W. Elle bénéficie d'un bon rapport signal sur bruit de fond et offre donc le potentiel d'être utilisé pour augmenter la signifiance statistique d'une possible découverte. Les processus de production associée permettront également la mesure des couplages du boson de Higgs aux bosons de l'interaction faible.

L'origine de la brisure de la symétrie électrofaible est une des questions qui reste en suspens en ce début de XXIe siècle. Imaginé dans les années 60, le mécanisme de Higgs offre une solution théorique à ce problème tout en prédisant une nouvelle particule, le boson de Higgs, non encore découverte à ce jour.<br />Celui-ci a été recherché avec le détecteur D0 auprès du collisionneur hadronique Tevatron dont l'énergie dans le centre de masse est de 1.96 TeV. Le canal d'analyse choisi est $ZH\to\nunub\bbb$.<br />Afin de mener à bien cette recherche, une optimisation des conditions de déclenchement spécifiques aux signaux dont l'état final est constitué de jets et énergie transverse manquante a été effectuée. De plus, un outil a été mis au point pour en mesurer les efficacités.<br />Une détermination précise de l'énergie des jets est également un ingrédient indispensable de cette recherche. Une méthode a donc été développée afin de corriger les jets simulés des différences d'échelle d'énergie, de résolution en énergie et d'efficacité de reconstruction entre les données et la simulation.<br />L'analyse des données, effectuée avec une luminosité intégrée de 2.1 fb$^{-1}$, n'a pas permis de mettre en évidence un signal. Pour un boson de Higgs de masse égale à 115 GeV, une limite à 95\% de niveau de confiance a été déterminée sur la section efficace multipliée par le rapport de branchement de $(p\bar{p}\to H(Z/W))\times(H\to b\bar{b})$. Elle est 7.5 fois plus grande que la valeur prédite par le Modèle Standard.

Le mécanisme de Higgs fournit au Modéle Standard une théorie de l'origine de la masse des bosons de jauge et des fermions élémentaires. Le boson de Higgs n'a pas encore été découvert, mais une limite inférieure à sa masse a été posée à 114,4 GeV à 95% de niveau de confiance par les collaborations Lep. La recherche du Higgs continue maintenant au Tevatron, un collisionneur proton - anti-proton d'énergie dans le centre de masse de 1,96TeV. À basse masse le canal le plus sensible est la production associée d'un Higgs avec un boson W. Une analyse a été conduite dans le canal de désintégration dans lequel le Higgs donne une paire bb et le W se désintègre en un muon et un neutrino sur 1 fb-1 de données du Run II enregistrées par le détecteur DØ. L'analyse s'appuie sur tous les sous-systèmes du détecteur, tout particulièrement sur le calorimètre qui est un élément essentiel pour la reconstruction du système bb. Une bonne trajectographie et un réseau de neurones d'identification des jets de b fournissent un étiquetage des b performant, ce qui est crucial pour cette analyse. La résolution en énergie des jets étant de première importance lorsqu'on recherche une résonance de deux jets, un travail d'amélioration de la calibration en énergie des jets qui présentent un muon et un neutrino dans leur chaîne de désintégration a également été conduit. L'analyse WH est effectuée sur des évènements à topologie de type W + 2 jets et W + 3 jets. Des évènements contenant un muon, de l'énergie transverse manquante et deux ou trois jets sont sélectionnés ; les jets sont ensuite étiquetés selon leur saveur. Les canaux simplement et doublement étiquetés sont analysés séparément afin d'obtenir une sensibilité plus importante. L'introduction d'une séparation signal / bruit de fond par réseau de neurones a également permis d'augmenter la sensibilité. Cette recherche d'un boson de Higgs standard a été effectuée pour une masse du Higgs s'étalant entre 100 et 150 GeV. Des limites supérieures sur la section efficace de production multipliée par le rapport d'embranchement sont calculées. Pour une masse du Higgs de 115 GeV, la limite supérieure est de 2,00 pb à 95% de niveau de confiance dans le canal WH to munubb et de 1,37 pb si l'on combine les canaux WH to munubb et WH to enubb, à comparer à la valeur théorique de 0,136 pb. Ces résultats ont été soumis pour publication et sont utilisés dans la combinaison globale des analyses de recherche du Higgs par les collaboration Cdf et DØ.

En septembre 2008 le LHC livrera ses premières collisions proton-proton. Auprès du LHC, l'expérience ATLAS est conçue pour explorer un large éventail de phénomènes et traquer les signes de nouvelle physique, qui pourraient se manifester lors de ces interactions. Ainsi, dans le cadre des extensions supersymétriques du Modèle Standard, le boson de Higgs le plus léger pourrait être produit dans les cascades de désintégrations de particules supersymétriques. Nous étudions la possibilité d'observer de tels événements avec le détecteur ATLAS. Tout d'abord, nous examinons la capacité d'ATLAS à mesurer l'énergie manquante due au passage des particules supersymétriques qui échappent à la détection. Ensuite, nous montrons que, pour certaines régions de l'espace des paramètres du modèle de Supergravité Minimale, compatibles avec les dernières recherches au LEP, le plus léger boson de Higgs peut être découvert avec moins de 10 fb^(-1). Ces résultats sont compétitifs avec les canaux standard de production du Higgs. Nous étudions aussi la possibilité de mesurer des quantités liées aux masses et aux couplages des particules supersymétriques impliquées dans ce processus. Enfin, à partir de ces mesures, nous utilisons l'outil SFitter pour réaliser un ajustement global des paramètres du modèle supersymétrique sous-jacent, en montrant ainsi la validité de cette procédure pour contraindre les interprétations théoriques des futures données du LHC.

Grâce à l'exploitation du Large Hadron Collider, débutée en 2010, le monde de la physique des particules espère enfin avoir une compréhension plus précise du mécanisme de brisure de la symétrie électrofaible et résoudre certaines questions expérimentales et théoriques que soulèvent encore le modèle standard. S'inscrivant dans cette effervescence scientifique, nous allons présenter dans ce manuscrit une paramétrisation largement indépendante des modèles afin de caractériser les effets d'une éventuelle nouvelle physique sur les mécanismes de production et de désintégration du bosons de Higgs. Ce nouvel outil pourra aisément être utilisé dans les analyses des grandes expériences généralistes comme CMS et ATLAS afin de valider ou d'exclure de manière significative certaines théories au delà du modèle standard. Ensuite, dans une approche différente, fondée sur la construction de modèles, nous avons considéré un scenario où les champs du modèle standard peuvent se propager dans un espace plat possédant six dimensions. Les nouvelles directions spatiales supplémentaires sont compactifiées sur un Plan Projectif Réel. Cet orbifold original est l'unique géométrie à six dimensions qui présente des fermions chiraux et un candidat de matière noire dit naturel. Le photon scalaire, particule la plus légère du premier mode de Kaluza-Klein, est en effet stabilisé par une symétrie résiduelle de l'invariance de Lorentz à six dimensions. En utilisant les contraintes actuelles fournies par les observations cosmologiques, nous avons déterminé l'ordre de grandeur de la masse de cette particule aux alentours d'une centaine de GeV. De ce fait les nouveaux états présents dans cette théorie sont suffisamment légers pour produire des signatures claires et observables au Large Hadron Collider. Avec une étude plus poussée du spectre de masses et des couplages du modèle, incluant les corrections radiatives à une boucle, nous avons pu ainsi donner les premières prédictions et contraintes sur la phénoménologie attendue au Large Hadron Collider.

Le premier chapitre de cette thèse présente les fondements théoriques sur lesquels repose le mécanisme de Higgs, ainsi que les caractéristiques du boson, telles qu'elles résultent du modèle standard. Le deuxième chapitre fait le point sur la situation expérimentale concernant les recherches passées, en cours et en projet, visant à la découverte du Higgs. Le troisième donne les principales caractéristiques du collisionneur LHC et celles du détecteur CMS, tous deux en fin de construction au CERN, en s'attardant sur les parties du détecteur plus particulièrement mises en oeuvre pour la recherche du Higgs via le canal H -> ZZ* -> 2e+2-, c'est-à-dire sur le trajectographe et le calorimètre électronique ECAL. Le quatrième chapitre indique comment les expériences réalisées sur un faisceau d'électrons du CERN ont permis de parfaire la calibration des cristaux composant ce calorimètre ECAL. Le cinquième chapitre présente l'étude menée sur les primitives de déclenchement qui a permis de valider les caractéristiques de l'électronique qui leur est associée. Le sixième chapitre décrit la procédure d'analyse des données menant à la reconstruction des événements de physique détectés par CMS, et l'extraction des caractéristiques qui seront utilisées pour l'identification formelle du boson de Higgs. Enfin, le septième chapitre est consacré à l'optimisation de l'extraction de la signature du Higgs, initialement noyée dans un abondant bruit de fond. Après un rappel du principe des logiciels intelligents appelés " réseaux de neurones ", il présente l'élaboration d'un tel logiciel spécialement adapté au problème concerné. Puis il décrit comment les différentes variantes de ce code ont été utilisées, d'une part pour choisir les paramètres à. retenir afin d'optimiser l'identification du signal par rapport aux bruits, et d'autre part pour son extraction proprement dite, ce qui a permis d'atteindre des taux élevés de réjection de ces bruits, qui pourront permettre l'observation du boson de Higgs.

La recherche d'un boson de Higgs léger dans le canal H --> gamma gamma dans l'expérience ATLAS nécessite d'excellentes performances du calorimètre électromagnétique et une bonne compréhension des bruits de fond. Ce travail de thèse s'articule donc autour de deux points. Le premier concerne le fonctionnement et les performances du calorimètre électromagnétique. D'abord, des développements sont apportés au code de reconstruction online des calorimètres à Argon liquide, et ses algorithmes sont validés, ce qui inclut un contrôle des données en ligne. Ensuite, deux mesures indépendantes de l'uniformité du calorimètre électromagnétique tonneau sont réalisées, l'une avec les muons cosmiques et portant sur une couverture effective d'environ 20% du calorimètre, et l'autre avec les événements pi0 --> gamma gamma dans les premières collisions à sqrt(s) = 7 TeV, avec une luminosité intégrée de L = 414.8 μb−1. La mesure sur les muons montre que les non-uniformités dans la direction eta sont inférieures à 1.0% dans le compartiment milieu et 1.7% dans le compartiment avant, à 95% de niveau de confiance. Avec les pi0, ces résultats sont améliorés et aboutissent à une dispersion de la réponse entre données et simulation inférieure à 0.7% dans les trois cryostats (tonneaux et bouchons), ce qui est au niveau des performances attendues au démarrage. Le deuxième axe de cette thèse concerne l'extraction de paires non-résonnantes de photons. Deux méthodes sont présentées. La première est une double mesure de pureté utilisant une extrapolation du bruit de fond à partir de régions enrichies en bruit de fond vers une région de signal. La seconde méthode est basée sur une matrice d'efficacités de taille 4x4, entièrement déterminée par la simulation et appliquée événement par événement. Ces méthodes sont appliquées aux données de collision, correspondant à une luminosité intégrée de L = 2.82 pb−1. Un signal di-photons direct de 108.6 ± 19.5 (stat.) ± 34.5 (syst.) avec une pureté de (65.1 ± 8.6 (stat.) ± 8.7 (syst.))% est extrait.

Le boson de Higgs est le maillon manquant du modele standard de la physique des particules, et il fait l'objet d'intenses recherches au Tevatron. Cette these presente le travail realise pour la recherche du boson de Higgs de basse masse (100-150 GeV) dans le canal ZH ->e+e-b{bar}, avec les donnees du detecteur D0 correspondant a une luminosite integree de 4.2 fb-1. D'abord le cadre theorique et le dispositif experiemental sont decrits. Ensuite mes etudes sont elaborees pour l'identification des electrons, en particulier dans la region d'intercryostat du detecteur. Enfin, l'analyse de la recherche du Higgs est decrite en detail, et les limites sur la section efficace de la production du boson de Higgs sont presentees.

Dans le cadre du développement du détecteurs ILD devant équiper l'ILC (projet d'accélérateur linéaire $e^+$$e^-$) un prototype de calorimètre électromagnétique répondant aux critères du "Particule Flow Algorithm" a été réalisé puis testé en faisceau au CERN (Suisse) et à FNAL (USA). La granularité du prototype a été utilisée afin d'identifier les particules incidentes à partir de la forme de leur gerbe. La résolution en énergie a été mesurée pour des électrons~: $\Delta E /E (\%) = (17,96\pm0,7) / \sqrt{E (GeV)} \oplus (0,8\pm0,06)$ puis comparée aux prédictions des simulations Monte-Carlo. Nous avons ensuite cherché différentes méthodes pour compenser les non-uniformités du détecteur dues aux zones non instrumentées~: anneaux de gardes protégeant les matrices de diodes de détection. Nous avons d'abord étudié des méthodes de cartographie globales ou couche par couche de l'efficacité du détecteur, puis des méthodes locales. Certaines de ces méthodes seront facilement adaptables au futur calorimètre électromagnétique de l'ILD. Nous avons aussi mesuré la résolution en position~: $\Delta X (mm)= (3,32 \pm 0,06)/\sqrt{E (GeV)} \oplus (9,0 \pm0 ,07) / E (GeV) \oplus (0,9\pm0,01)$. Enfin, à partir de simulations Monte-Carlo de l'ensemble du détecteur ILD, nous avons entrepris de mesurer la masse du boson de Higgs dans le canal $e^{+} e^{-} \to Z H \to e^{+}e^{-} + X$. Avec une luminosité intégrée de 250~fb$^{-1}$, le boson de Higgs est susceptible d'être clairement mis en évidence. L'incertitude sur la mesure de sa masse sera comprise entre 100 et 125 MeV selon l'état de polarisation du faisceau.