In dieser Arbeit wurde die Produktion der Charmonium-Zust\"ande $\chi_{c1}$ und $\chi_{c2}$ in Proton-Kern-Wechselwirkungen bei einer Proton-Nukleon-Schwerpunktenergie von $\sqrt{s}=41.6~{\rm GeV}$ untersucht. Die f\"ur die Analyse verwendeten Daten wurden mit dem HERA-B-Experiment genommen, das die Streuung von Protonen des HERA-Rings an feststehenden Draht-Targets verschiedener Materialien untersucht. Die Analyse basiert auf etwa $10\,000$ radiativen $\chi_{c}$-Zerf\"allen, $\chi_{c}\rightarrow J/\psi\gamma$, die aus mehr als $122\cdot10^{3}$ myonischen $J/\psi$-Zerf\"allen, $J/\psi\rightarrow\mu^{+}\mu^{-}$, rekonstruiert wurden. Das Verh\"altnis der Rate der $J/\psi$, die aus $\chi_{c}$-Zerf\"allen stammen, zu der Gesamtrate der $J/\psi$, $R_{\chi_{c}}=\sum_{i=1,2}{\sigma(\chi_{ci})Br(\chi_{ci}\rightarrow J/\psi\gamma)/\sigma(J/\psi)}$, wurde in dem kinematischen Bereich $-0.35 / In this thesis the production of the charmonium states $\chi_{c1}$ and $\chi_{c2}$ in proton-nucleus collisions at a proton-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s}=41.6~{\rm GeV}$ was studied. The data used for the analysis have been taken by the fixed-target experiment HERA-B that uses the HERA proton beam to scatter protons off the nuclei of different wire targets. About $122\cdot10^{3}$ recorded muonic $J/\psi$ decays, $J/\psi\rightarrow\mu^{+}\mu^{-}$, resulted in almost $10\,000$ reconstructed $\chi_{c}\rightarrow J/\psi\gamma$. The ratio $R_{\chi_{c}} = \sum_{i=1,2}{\sigma(\chi_{ci}) Br(\chi_{ci}\rightarrow J/\psi\gamma) /\sigma(J/\psi)}$, which is the ratio of $J/\psi$ from $\chi_c$ decays to all produced $J/\psi$, was measured in the kinematical range $-0.35

Les états de charmonium fournissent une source de connaissances pertinente pour déterminer les paramètres fondamentaux du Modèle Standard. Un aspect important de la compréhension et des tests de la QCD est de faire des prédictions précises du spectre des hadrons et de les tester par rapport à des données expérimentales de haute qualité. Notre cadre théorique est Lattice QCD, qui est considéré comme le seul moyen connu de traiter le lagrangien QCD complet de manière non perturbative et bien adaptée au calcul numérique. En utilisant l'action Wilson-Clover avec N_f = 2 saveurs dynamiques, nous étudierons les deux mésons charmonium eta_c et J/\psi. Nous allons également étudier certaines propriétés de leur première excitation radiale eta_c (2S) et \psi(2S). / Charmonium states provide a relevant source of knowledge for determining fundamental parameters of the Standard Model. An important aspect of understanding Quantum ChromoDynamics (QCD) is to make precise predictions of the hadron spectrum and to test them against high-quality experimental data. Our theoretical framework is Lattice QCD, which is considered to be the only known way to treat the full QCD Lagrangian non perturbatively from first principles, in a manner well suited to numerical computation. By using the Wilson-Clover action with N_f = 2 dynamical flavors, we will study the two charmonium mesons eta_c and J/\psi. We will also investigate some properties of their first radial excitations eta_c(2S) and psi(2S).

Les études des propriétés et du mécanisme de la production du charmonium ont débuté avec la découverte du méson J/ψ. Depuis plus de 40 ans, le mécanisme de production de charmonium n'est toujours pas clair. Les états de charmonium sont copieusement produits dans les collisionneurs hadroniques, ce qui permet d'étudier systématiquement leurs paramètres de résonance, leur production et leurs désintégrations. En dépit des taux de production élevés, de nombreux états de charmonium sont peu étudiés suite aux difficultés de leur reconstruction avec le bruit de fond important. L’expérience LHCb offre une opportunité unique d’étudier les états S et P de charmonium en utilisant leurs désintégrations vers des hadrons, et en particulier la production des états ηc et χc. Selon le formalisme de la QCD non relativiste (NRQCD), les éléments de matrice décrivant l’hadronisation des états S (ou P) du charmonium sont liés. Par conséquent, les mesures LHCb fournissent les nouveaux tests rigoureux de NRQCD. Dans le cadre de la thèse, la première mesure de la section efficace de production de l’état ηc(1S) à √s=13 TeV et la mesure la plus précise de la masse sont effectués, avec la désintégration de l'état ηc(1S) vers proton et antiproton. De plus, la production des états χc et ηc(2S) dans les désintégrations des hadrons b est étudiée en utilisant leurs désintégrations vers φφ. Les résultats obtenus sont confrontés aux prédictions de modèles théoriques. L’analyse phénoménologique originale démontre que la description de la production de charmonium dans les collisions hadroniques et de la production dans les désintégrations inclusives des hadrons b dans la gamme entière des impulsions transverses demeure un défi. / Studies of charmonium properties and production mechanism started with the discovery of J/ψ meson. Since more than 40 years the charmonium production mechanism is still not entirely understood. Following the era of investigations at e⁺e⁻ machines, nowadays, charmonium states are copiously produced at hadron colliders, that allows systematic studies of their resonance parameters, production observables and decays. Despite large production rates, many charmonium states are barely studied due to the complications of their reconstruction against a large background level. The LHCb experiment provides a unique opportunity to study S-wave and P-wave charmonium states using their decays to hadrons. This allows measuring production observables of ηc and χc charmonium states. According to the theoretical formalism of Non-Relativistic QCD (NRQCD), the production observables of the same wave charmonium states are linked. Hence, the LHCb measurements provide a series of stringent tests of NRQCD. In the framework of this thesis, the first measurement of the ηc(1S) differential production cross-section at √s=13 TeV and the most precise to date single mass measurement are performed, where the ηc(1S)$ state is reconstructed via its decay to proton and antiproton. In addition, the production of the χc and ηc(2S) states in b-hadron decays is studied using decays to φφ. The obtained results are confronted with existing theory predictions. The original phenomenological analysis concludes that the description of charmonium prompt production and production in inclusive b-hadron decays in an entire range of transverse momentum remains a challenge.

We present a search for lepton flavor violation processes at eμ final states with the data collected by the CMS experiment at the LHC at a center-of-mass energy of 13 TeV in 2016 corresponding to the integrated luminosity of 35.9 fb^(-1). No evidence for physics beyond the Standard Model is observed in the eμ invariant mass spectrum, the results are interpreted in terms of three different models, an R-parity violating SUSY model (RPV), a heavy Z’ gauge boson model, and a quantum black hole model (QBH). The lower mass limits at 95\% confidence level (C.L.) are found.We also present a search for new high-mass resonances decaying into electron pair with CMS 2016 data. No evidence of signature beyond the Standard Model prediction in the ee invariant mass spectrum observed, therefore the lower mass limits at 95\% C.L. are found for predictions of sequential standard model, grand unify theory, Randall-Sundrum model.Then we update the results of lower mass limits with the combination of 2016 data in ee and μμ channels and 2017 data in ee channel.Further to these, a study of the vector charmonium-like state Y(4220) is performed by using a combined fit on the cross sections of e^+ e^-→ωχ_c0, e^+ e^-→π^+ π^- h_c, e^+ e^-→π^+ π^- J/ψ and e^+ e^-→D^0 D^(*-) π^++c.c. measured by the BESIII experiment. The mass and width of the Y(4220) are obtained, We find the lower limit of its leptonic decay width to be 30 eV. We also estimate its partial decay width to π^+ π^- J/ψ in different scenarios. These results can be compared with the theoretical expectations of different models, and help the understanding of the nature of the Y(4220) state. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

A produção de J/, e 0 em colisões p+p a uma energia no referencial do centro de massa (ps) de 200 GeV foi estudada no Experimento PHENIX no RHIC. A amostra de dados coletada durante o período de aquisição de 2006 permitiu não somente a determinação das seções de choque absolutas, mas também o estudo da polarização de J/, através de seu decaimento no canal de dieltrons em região de rapidez central. As medidas incluem a dependência com o momento transverso e são comparadas com aquelas de outros experimentos em diferentes intervalos de rapidez e energias de colisão, e com previsões teóricas. A medida da polarização de J/, deve trazer limitações aos mecanismos de formação de charmonium e a medida de feed-down de J/, s provenientes de ´ é de importância para o entendimento da produção prompt de J/, assim como para a supressão observada em colisões A+A no RHIC. / The production of J/´psi´e ´psi´collisions at the nucleon center of mass energy ´(s pot.1/2)´ have been studied in the PHENIX Experiment at RHIC. The sample collected during the 2006 data taking period allowed not only the determination of absolute cross sections but also the study of J= polarization through its decays into the dielectron channel at mid rapidity. The measurements include transverse momentum dependence and are compared to that of other experiments in different rapidity ranges and collision energies and to theoretical model predictions. The J= polarization results should provide a constraint on charmonium formation mechanisms and the measurement of the feed down of 0 to J= is of importance for understanding prompt J= production as well as the suppression observed in A+A collisions at RHIC.

Neste trabalho são reportadas medidas realizadas no detector PHENIX do RHIC sobre J/Psi em colisões p+p e Au+Au a s^(1/2) = 200 GeV na região de rapidez central e Psi\' em colisões p+p nas mesmas condições. As medidas incluem a dependência com o momento transverso da produção de charmônio e o fator de modificação nuclear de J/Psis para vários regimes de centralidade de colisão. / This work reports measurements done by the PHENIX detector at RHIC about J/Psi in p+p and Au+Au collisions at s^(1/2) = 200 GeV in the mid-rapidity range and Psi\' in p+p collisions in the same conditions. The measurements include the transverse momentum dependence of charmonium production and J/Psi nuclear modification factor in different centrality regimes.

Un des objectifs principaux de l'expérience PHENIX est l'étude de la matière nucléaire soumise à des conditions extrêmes de température et de densité d'énergie. Dans les collisions ultra-relativistes Au+Au à 200 GeV par paires de nucléon, il serait possible de former un état de la matière pour lequel les quarks et les gluons ne seraient plus liés au sein des nucléons mais pourraient évoluer de façon quasi-libre sur des distances plus grandes que la taille caractéristique de ces derniers. Cet état est dénommé le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP). L'étude de la production du J/psi, particule lourde formée d'une paire de quarks charme (c et c_bar), est une des sondes initialement proposée pour étudier le QGP. Une suppression de la production du $\jpsi$ était en effet attendue en présence d'un QGP, en raison de l'écrantage du potentiel de liaison entre les quarks charme le constituant par la présence du milieu dense coloré environnant. De nombreuses mesures du $\jpsi$ ont eu lieu depuis au SPS (CERN) et à RHIC (BNL). Elles ont permis de mettre en évidence non seulement l'existence d'une telle suppression, mais également la présence de mécanismes supplémentaires, rendant plus difficile l'interprétation des résultats correspondants. L'expérience PHENIX est la seule des quatre expériences de RHIC capable de mesurer le J\psi à rapidité positive via sa désintégration en deux muons. En 2007 des collisions Au+Au à une énergie par paire de nucléons dans le centre de masse \sqrt{s_{NN}}=200 GeV ont été réalisées à BNL, ce qui a permis d'augmenter d'un facteur quatre la statistique disponible pour l'étude du $\jpsi$ par rapport aux résultats publiés précédemment. Cette augmentation, ajoutée à la mise en oeuvre de nouveaux détecteurs dans PHENIX, a permis de préciser les mesures précédentes, et de mesurer des observables jusqu'alors inaccessibles telles que l'asymétrie azimutale de la production du J\psi, une grandeur qui devrait permettre de distinguer certains des mécanismes de cette production. Ce manuscrit présente la compréhension actuelle de la production de quarkonia et l'utilisation de cette sonde dans l'étude du QGP. En particulier, la mesure du flot elliptique peut contraindre notre connaissance du milieu formé. L'analyse conduisant à la première mesure de l'anisotropie azimutale du $\jpsi$ à rapidité positive dans les collisions Au+Au à 200~GeV par paire de nucléons est détaillée. Cette mesure devrait permettre de préciser le mécanisme de production du méson, en particulier en ce qui concerne la part de recombinaison des quarks $c$ en $\jpsi$.

Le LHC (Large Hadron Collider) situé au CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) à Genève est le plus grand accélérateur pour la physique des particules. Les collisions proton-proton à des energies dans le centre de masse pouvant aller jusqu'à 14 TeV qui seront produites au LHC vont offrir la possibilité de s'intéresser aux questions les plus fondamentales en Physique. L'expérience LHCb est l'une des quatre expériences principales au LHC. Dédiée aux études de physique du b, le but principal de l'expérience LHCb est d'explorer d'éventuels modèles de Nouvelle Physique au-delà du Modèle Standard à travers l'étude des désintégrations rares des hadrons charmés ou beaux, et à travers des mesures de précision des observables de la violation de CP. Même lors de sa phase de fonctionnement initial, un nombre important de J/ψ va être collecté par le détecteur LHCb et va nous permettre de réaliser des études très intéressantes sur la production du charmonium. Ces mesures pourront apporter un éclairage nouveau pour la compréhension des mécanismes de production des quarkonia dans les collisions de hadrons. Dans cette thèse, les études de la production de J/ψ à LHCb est presentée, basée sur un échantillon d'événements Monte Carlo complétement simulés. La procédure dévelopée dans cette thèse sera utilisée pour analyser les données réelles lorsque suffisamment de statistique sera accumule. L'analyse a été effectuée en utilisant des événements Monte Carlo générés à une énergie dans le centre de masse égale à 14 TeV, et à une luminosité de 2 × 10^32 cm^−2 s^−1 . La taille du lot de données simulées correspond à une luminosité intégrée de 0.79 pb^−1 . Les événements J/ψ sont reconstruits en utilisant des critères de sélection optimisés pour atteindre la meilleure discrimination contre les processus de bruit de fond. L'étude réalisée montre que 6.5 ×10^6 J/ψ peuvent être reconstruits par pb^−1 de données avec une résolution en masse de 11 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B résolution en masse de 11 MeV/c et un rapport signal sur bruit S/B ∼ 18 dans une fenêtre de masse de ±3σ. La section efficace de production des J/ψ prompt et des J/ψ de désintégrations de b est mesurée dans 28 bins en pT et η recouvrant la région 0 < pT < 7 GeV/c et 3 < η < 5. Dans chaque bin, une variable est définie pour distinguer les J/ψ prompt de ceux de désintégrations de b. Pour 0.79 pb−1 de données, une précision de 10% peut être obtenue pour la ma jorité des bins. Les erreurs systématiques sont estimées à un niveau équivalent. L'analyse montre également que la polarisation du J/ψ joue un rôle important dans la détermination de la section efficace. Elle peut contribuer à une erreur systématique jusqu'à 30% dans certains bins. Un tel effet peut être grandement réduit si une analyse de la polarisation du J/ψ est effectuée simultanément. La mesure des paramètres de polarisation aidera aussi grandement pour la compréhension du méchanisme de production du J/ψ. Dans le but de réduire la quantité de données simulées nécessaire pour les estimations d'efficacité, une méthode est dévelopée pour prendre en compte les efficacités 2-D par trois paramètres, et toutes les erreurs à part les erreurs statistiques ne dépendront que de ces trois paramètres. A partir des trois paramètres estimés avec les mêmes données Monte Carlo, les erreurs sur les paramètres de polarisation pour la ma jorité des bins sont d'environ 0.1 pour les J/ψ prompt et d'environ 0.2 pour les J/ψ de désintégrations de b. L'expérience LHCb ayant déjà enregistré 14 nb^−1 de données, une partie de l'analyse peut être effectuée. Environ 3000 candidats J/ψ sont reconstruits avec une résolution en masse de 16 MeV/c^2 et un rapport signal sur bruit S/B ~ 18 dans une fenêtre en masse de ±3σ. En se basant sur cet échantillon, la section efficace en fonction de pT est mesurée. La mesure préliminaire de la section efficace des J/ψ dans la région pT ∈ [0, 9] GeV/c et y [2.5, 4] est 7.6 ± 0.3 µb où seule l'erreur statistique est donnée.

Parmi les signatures proposées pour l'observation du plasma de quarks et de gluons (PQG), l'une des plus prometteuses est la suppression des résonances quark-antiquark de saveurs lourdes par effet d'écran de couleur. Les premières mesures auprès du SPS du CERN ont montré une "suppression anormale" de la production du J/psi (résonance ccbar) dans les collisions centrales. La mesure de cette production dans différents systèmes et à différentes énergies de collisions pourrait permettre de conclure quant à la formation du PQG. Cette recherche se poursuit maintenant auprès de l'accélérateur RHIC, dont l'énergie dans le centre de masse est dix fois supérieure à celle obtenue au SPS.Le travail exposé dans cette thèse porte sur l'étude de la production du J/psi mesuré via son mode de déintégration e! n paires de muons, par l'expéience PHENIX dans les collisions Au-Au à 200 GeV par paire de nucléons. L'étude de la production du J/psi en fonction de la centralité des collisions montre une suppression d'un facteur 3 dans les collisions les plus centrales par rapport à la simple proportionalité avec le nombre de collisions binaires nucléon-nucléon.Pour comparer les résultats obtenus dans les collisions or-or à ceux des collisions proton-proton, les "effets nucléaires froids" doivent être pris en compte. Ils ne suffisent pas à expliquer la suppression observée, suggèrant l'existence de mécanismes supplémentaires. Les modèles qui prennent en compte la recombinaison du J/psi semblent mieux reproduire cette suppression. Néanmoins, l'ensemble de ces résultats est compatible avec le scénario selon lequel seules les résonances chi_c et psi' subissent l'écrantage de couleur.

Conventional Heavy Quarkonium systems, Charmonium and Bottomonium, are believed to be composed of a heavy quark and anti-quark pair. These systems are investigated by dierent methods resulting from dierent approaches to Quantum Chromodynamics (QCD), such as Lattice QCD, Eective Theories and Sum Rules. In this thesis we study the spectrum of Charmonium and Bottomonium using a non-relativistic Quark Model. Assuming one gluon exchange for the short distances and a linear confining potential for long distances we derive Breit-Fermi interaction Hamiltonian and calculate the spectra arising from this Hamiltonian. Also we calculate the partial widths of E1 and M1 radiative decays.