Le jet est l'une des sondes permettant de tester les prédictions de la théorie de l'interaction forte, la QCD, et d'extraire les propriétés physiques d'un état particulier de la matière nucléaire : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Ce travail de thèse a pour but de montrer les capacités d'ALICE à mesurer les jets issus des collisions produites au Large Hadron Collider (LHC).La détection des particules constituant les jets, leur association à l'aide d'algorithmes de reconstruction ainsi que la construction d'observables telles que le spectre en pT des jets ou le Plateau Bossu est un travail complexe. Nous détaillons ces différentes étapes à partir de simulations permettant d'appréhender le taux de jets réels à attendre pour notre analyse etd'évaluer l'impact de la mesure expérimentale sur les observables finales. Nous présentons finalement les spectres en pT et Plateaux Bossus issus des premières collisions p+p du LHC auxquels ont été appliquées des corrections moyennes.

Le jet est l'une des sondes permettant de tester les prédictions de la théorie de l'interaction forte, la QCD, et d'extraire les propriétés physiques d'un état particulier de la matière nucléaire : le Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Ce travail de thèse a pour but de montrer les capacités d'ALICE à mesurer les jets issus des collisions produites au Large Hadron Collider (LHC).La détection des particules constituant les jets, leur association à l'aide d'algorithmes de reconstruction ainsi que la construction d'observables telles que le spectre en pT des jets ou le Plateau Bossu est un travail complexe. Nous détaillons ces différentes étapes à partir de simulations permettant d'appréhender le taux de jets réels à attendre pour notre analyse etd'évaluer l'impact de la mesure expérimentale sur les observables finales. Nous présentons finalement les spectres en pT et Plateaux Bossus issus des premières collisions p+p du LHC auxquels ont été appliquées des corrections moyennes. / The jet is one of the probes allowing testing strong interaction theory predictions, QCD, and to extract physical properties from a particular state of nuclear matter : Quark Gluon Plasma (QGP). This PhD work is aimed to show ALICE capacities to measure jets coming from collisions produced at the Large Hadron Collider (LHC). The detection of particles constituting jets, their association with reconstruction algorithms and the construction of observables such as jet pT spectrum of Hump-Backed Plateau is a hard work. We detail these different steps from simulation allowing to estimate jet rates we could expect for ouranalysis and to evaluate the impact of experimental measure on final observables. We finally present pT spectrum and Hump-Backed Plateau from first p+p collisions at LHC to whom mean corrections have been applied.

L'avènement du LHC marque le début d'une ère de haute précision en physique des particules. Dans cette thèse de doctorat, nous abordons avec des outils innovants deux processus clés des collisionneurs de hadrons: la production inclusive de jets, et la production du boson de Higgs par fusion de bosons vecteurs (VBF). Dans la première partie de cette thèse, nous montrons comment resommer les premiers ordres logarithmiques de rayon de jet R, et appliquons ce formalisme à une étude approfondie du spectre inclusif des jets. Nous étudions les termes dépendant de R au troisième ordre non-nul (next-to-next-to-leading-order, NNLO), et les intégrons dans notre calcul. Nous examinons les éliminations dans la dépendance d'échelle, conduisant à une nouvelle prescription pour l'évaluation des incertitudes, et vérifions l'impact d'effets non-perturbatifs. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous étudions les corrections de chromodynamique quantique dans la production de Higgs par VBF. En utilisant l'approche des fonctions de structure, nous calculons les corrections de quatrième ordre non-nul (NNNLO) à la section efficace inclusive. Nous calculons ensuite les corrections NNLO entièrement différentielles à la production de Higgs par VBF. Nous montrons que ces contributions sont significatives après coupures VBF, se trouvant en dehors des bandes d'incertitude d'échelle NLO. / With the advent of the LHC, particle physics has entered an era where high precision is required. In this thesis, we tackle two of the key processes at hadron colliders using innovative tools: inclusive jet production and Higgs production through vector-boson fusion (VBF). In the first part of this thesis, we show how to resum leading logarithmic terms of the jet radius R, and apply this formalism to a detailed study of the inclusive jet spectrum. We study subleading R-dependent terms at next-to-next-to-leading order (NNLO), and incorporate them into our calculation. We investigate cancellations in the scale dependence, leading to new prescriptions for evaluating uncertainties, and examine the impact of non-perturbative effects. In the second part of the thesis, we study QCD corrections in VBF-induced Higgs production. Using the structure function approach, we compute the next-to-next-to-next-to-leading order (NNNLO) corrections to the inclusive cross section. We then calculate the fully differential NNLO corrections to VBF Higgs production. We show that these contributions are substantial after VBF cuts, lying outside the NLO scale uncertainty bands.

Le but de cette thèse est l'étude des fonctions de corrélation des théries Yang-Mills dans le régime infrarouge. Il est connu que, à cause de l'invariance jauge, il est nécessaire de fixer la jauge pour calculer des valeurs moyennes analytiquement. La procedure de fixation gauge standard est la procedure de Faddeev-Popov (FP). Le Lagrangien de FP permet de faire des calculs perturbatifs pour la Chromodynamique Quantique dans le régime de hautes énergies dont les résultats sont comparés avec succès avec des expériences. Cependant, dans le régime de basses énergies, il se trouve que la constante de couplage, calculée avec la procedure antérieure, diverge. En conséquence, la théorie des perturbations standard n'est plus valide. D'autre part, les simulations du réseau trouvent que la constante de couplage est finie avec une valeur modérée même dans le régime infrarouge. Ceci suggère qu'il devrait exister une manière de faire des calculs perturbatifs également dans le régime infrarouge. Cette différence dans la constante de couplage peut être due au fait que la procedure de FP n'est pas bien justifiée dans ce régime. Nous proposons de modifier le Lagrangien de FP avec un terme massif pour les gluons. Cette modification est également justifiée par le fait que le réseau trouve un propagateur du gluon qui paraît massive aux basses énergies. Nous utilisons cette version massive pour calculer à une boucle les fonctions de corrélations à deux et trois points pour une configuration cinématique générale et en dimension quelconque dans la jauge de Landau. On trouve que les comparaisons de notre calcul à une boucle avec les résultat du réseau donnent, en géneral, un très bon accord. / The aim of this thesis is to investigate the infrared behaviour of Yang-Mills correlation functions. It is known that the gauge invariance of the theory brings as a consequence the necessity of a gauge fixing procedure in order to compute expectation values analytically. The standard procedure for fixing the gauge is the Faddeev-Popov (FP) procedure which allows one to do perturbation theory in the ultraviolet regime. Perturbative calculations using the FP gauge fixed action successfully reproduce Quantum Chromodynamics observables measured by experiments in the ultraviolet regime. In the infrared regime the coupling constant of the theory computed with the above procedure diverges, and standard perturbation theory does not seem to be valid. However, lattice simulations show that the coupling constant takes finite and not very large value. This suggests that some kind of perturbative calculations should be valid even in the infrared regime. The theoretical justification for the FP procedure depends on the absence of Gribov copies and hence is not valid in the infrared regime (where such copies exist). To correct this we propose to add a mass term for the gluons in the gauge-fixed Lagrangian. The gluon mass term is also motivated by lattice simulations which observe that the gluon propagator behaves as it was massive in the infrared regime. We use this massive extension of the FP gauge fixed action to compute the one loop correction of the two- and three-point correlation functions in the Landau gauge for arbitrary kinematics and dimension. Our one-loop calculations are enough, in general, to reproduce with good accuracy the lattice data available in the literature.

Cette thèse étudie les premiers instants d'une collision d'ions lourds. Juste après cette collision, il a été démontré que la matière produite -- appelée Plasma de Quarks et de Gluons (PQG) -- est très loin de l'équilibre thermique. On voudrait donc savoir si le PQG thermalise, et quelle est l'échelle de temps caractéristique pour cela. Le manuscrit expose l'étude de ces questions dans deux sortes de théories.Dans un premier temps, on étudie une théorie scalaire. En initialisant cette dernière dans un état hors équilibre, on peut étudier l'approche de l'équilibre pour un système de volume fixe ou un système en expansion unidimensionnelle. Dans les deux cas, des preuves d'une possible thermalisation peuvent être observées : une équation d'état se forme, le tenseur des pressions devient isotrope et le nombre d'occupation tend vers une distribution d'équilibre thermique classique. Ces résultats sont obtenus à l'aide de l'approximation classique statistique (ACS), qui permet d'inclure des contributions au-delà de l'ordre dominant de la théorie des perturbations.Dans un second temps, le "Color Glass Condensate", une théorie effective basée sur la Chromodynamique quantique adaptée à l'étude des premiers instants suivant la formation du PQG, est utilisé pour étudier de manière plus réaliste l'approche de l'équilibre thermique dans les collisions d'ions lourds. Après avoir établi quelques prérequis pour l'utilisation de l'ACS, les simulations numériques effectuées avec les équations de Yang-Mills semblent indiquer que le PQG devient rapidement isotrope, tandis que son rapport viscosité sur entropie est très petit, ce qui est la caractéristique d'un fluide quasi idéal. / This thesis deals with the theory of the early stages of a heavy ion collision. Just after such a collision, the matter produced – called the Quark-Gluon-Plasma (QGP) – has been shown to be far out of thermal equilibrium. One would like to know whether the QGP thermalizes, and what is the typical time scale for this. Proving that the QGP thermalizes would also justify from first principles the hydrodynamical treatment of the subsequent evolution of a heavy ion collision. After having recalled some essential theoretical concepts, the manuscript addresses these questions in two different theories In a first part, we study a scalar field theory. Starting from an out of equilibrium initial condition, one studies the approach to equilibrium in a fixed volume or in a one-dimensional expanding system. In both cases, clear signs of thermalization are obtained: an equation of state is formed, the pressure tensor becomes isotropic and the occupation number approaches a classical thermal distribution. These results are obtained thanks to the classical statistical approximation (CSA), that includes contributions beyond the Leading Order perturbative calculation. In a second part, the Color Glass Condensate – a quantum chromdynamics (QCD) effective theory well suited to describe the early life of the QGP – is used to treat more realistically the approach to thermalization in heavy ion collisions. After having derived some analytical prerequisites for the application of the CSA, the numerical simulations performed with the Yang-Mills equations show evidences of an early onset of hydrodynamical behavior of the QGP: the system becomes isotropic on short time scales, while the shear viscosity over entropy ratio is very small, which is characteristic of a quasi perfect fluid.

Le sujet de cette thèse sont les amplitudes d'hélicités de la leptoproduction exclusive et diffractive du méson rho dans la limite de Regge perturbative et au-delà du twist dominant. La compréhension de pareils processus exclusifs en termes des constituants élémentaires de QCD est un important défi pour comprendre la structure des hadrons. On présente ici deux nouveaux modèles phénoménologiques basés sur la kT-factorisation des amplitudes d'hélicités en un facteur d'impact γ*(λ) → ρ(λ'), où λ et λ' dénotent les polarisations du photon virtuel et du méson rho, et le facteur d'impact du nucléon cible. Les facteurs d'impacts γ*(λ) → ρ(λ') sont calculés en utilisant la factorisation colinéaire pour séparer la partie molle du méson rho. Le premier modèle est obtenu en combinant les résultats respectivement de twist 2 et twist 3 des facteurs d'impacts où les deux polarisations sont longitudinales ou transverses, avec un modèle pour le facteur d'impact du nucléon et un modèle pour les distributions d'amplitudes du méson rho. Dans la seconde approche présentée dans cette thèse, on calcule ces facteurs d'impacts dans l'espace des paramètres d'impacts et on montre que l'amplitude de diffusion d'un dipôle de couleur avec le nucléon se factorise, permettant de combiner nos résultats avec un modèle de section efficace de dipôle. On obtient en très bon accord avec les données de H1 et ZEUS pour des virtualités plus grandes que quelques GeV. Nous discutons les résultats obtenus et les comparons à d'autres modèles existants. / This thesis deals with the computation of the helicity amplitudes of the exclusive diffractive rho meson leptoproduction in the perturbative Regge limit beyond the leading twist. The understanding of such exclusive processes in terms of the elementary constituents of QCD is a serious challenge to understand the hadronic structure. We present two new phenomenological models based on the kT-factorization of the helicity amplitudes in a γ*(λ) → ρ(λ') impact factor, where λ and λ' denote the polarizations of the virtual photon and the rho meson, and the nucleon target impact factor. The γ*(λ) → ρ(λ') impact factors are then computed using the collinear factorization of the rho meson soft part. The first model relies on the combination of the results respectively up to twist 2 and twist 3 for the impact factors where both polarizations are longitudinal or transverse, with a model for the nucleon impact factor and a model for the distribution amplitudes of the rho meson. In the second approach presented in this thesis, we derive these impact factors in impact parameter space and show that the color dipole scattering amplitude with the nucleon factorizes, allowing to use our results in combination with dipole cross-section models. We get a very good agreement with the data from H1 and ZEUS collaborations for virtualities higher than a few GeV. We discuss our results and compare them to other models.

Dans la limite des hautes énergies, la petite valeur de la constante de couplage de l'interaction forte peut être compensée par l'apparition de grands logarithmes de l'énergie dans le centre de masse. Toutes ces contributions peuvent être du même ordre de grandeur et sont resommées par l'équation de Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL). De nombreux processus ont été proposés pour étudier cette dynamique. L'un des plus prometteurs, proposé par Mueller et Navelet, est l'étude de la production de deux jets vers l'avant séparés par un grand intervalle en rapidité dans les collisions de hadrons. Un calcul BFKL ne prenant en compte que les termes dominants (approximation des logarithmes dominants ou LL) prédit une augmentation rapide de la section efficace avec l'augmentation de l'intervalle en rapidité entre les jets ainsi qu'une faible corrélation angulaire. Cependant, des calculs basés sur cette approximation ne purent pas décrire correctement les mesures expérimentales de ces observables au Tevatron. Dans cette thèse, nous étudions ce processus à l'ordre des logarithmes sous-dominants, ou NLL, en prenant en compte les corrections NLL aux facteurs d'impact, qui décrivent la transition d'un hadron initial vers un jet, et à la fonction de Green, qui décrit le couplage entre les facteurs d'impact. Nous étudions l'importance de ces corrections NLL et trouvons qu'elles sont très importantes, ce qui conduit à des résultats très différents de ceux obtenus à l'ordre des logarithmes dominants. De plus, ces résultats dépendent fortement du choix des échelles présentes dans ce processus. Nous comparons nos résultats avec des données récentes de la collaboration CMS sur les corrélations angulaires des jets Mueller-Navelet au LHC et ne trouvons pas un bon accord. Nous montrons que cela peut être corrigé en utilisant la procédure de Brodsky-Lepage-Mackenzie pour fixer le choix de l'échelle de renormalisation. Cela conduit à des résultats plus stables et une très bonne description des données de CMS. Finalement, nous montrons que, à l'ordre des logarithmes sous-dominants, l'absence de conservation stricte de l'énergie-impulsion (qui est un effet négligé dans un calcul BFKL) devrait être un problème beaucoup moins important qu'à l'ordre des logarithmes dominants. / In the high energy limit of QCD, the smallness of the strong coupling due to the presence of a hard scale can be compensated by large logarithms of the center of mass energy. All these logarithmically-enhanced contributions can be resummed by the Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) equation. Many processes have been proposed to study these dynamics. Among the most promising ones is the production of two forward jets separated by a large interval of rapidity at hadron colliders, proposed by Mueller and Navelet. A BFKL calculation taking into account only dominant contributions (leading logarithmic, or LL, accuracy) predicts a strong rise of the cross section with increasing rapidity separation between the jets and a large decorrelation of their azimuthal angles. However, such LL calculations could not successfully describe measurements of these observables performed at the Tevatron. In this thesis, we study this process at next-to-leading logarithmic (NLL) accuracy, taking into account NLL corrections both to the impact factors, which describe the transition from an incoming hadron to a jet, and to the Green's function, which describes the coupling between the impact factors. We investigate the magnitude of these NLL corrections and find that they are very large, leading to very different results compared with a LL calculation. In addition, we find that these results are very dependent on the choice of the scales involved in the process. We compare our results with recent data from the CMS collaboration on the azimuthal correlations of Mueller-Navelet jets at the LHC and find a rather poor agreement. We show that this can be cured by using the Brodsky-Lepage-Mackenzie procedure to fix the renormalization scale. This leads to more stable results and a very good description of CMS data. Finally, we show that at NLL accuracy the absence of strict energy-momentum conservation (which is a subleading effect in a BFKL calculation) should be a much less severe issue than at LL accuracy.

L'objet de cette thèse est le calcul ab-initio des propriétés du nucléon en partant de la théorie microscopique de l'interaction forte, la chromodynamique quantique (QCD). Cette théorie, dont les degrés de liberté sont les quarks et les gluons, a été bien testée dans les expériences à haute énergie car la liberté asymptotique, le fait que l'interaction s'annule à courte distance, permet d'utiliser l'approximation perturbative. Pour prédire des propriétés qui font intervenir de grandes distances, comme les masses ou les distributions de courant, il faut un traitement exact de la théorie. Celle-ci est discrétisée sur un réseau quadridimensionnel et les observables quantiques sont calculées par la méthode de l'intégrale de chemin, comme expliqué dans les chapitres II et III. Dans le chapitre IV nous discutons les problèmes posés par la discrétisation des fermions et nous expliquons le choix retenu pour nos calculs c'est-à-dire la discrétisation ``à la Wilson'' avec masse twistée. Elle présente l'avantage de supprimer les effets de discrétisation de l'ordre de la maille du réseau au prix de l'ajustement d'un paramètre. Le calcul numérique de l'intégrale de chemin est fait par la méthode de Monte Carlo avec échantillonnage préférentiel. L'algorithme ``Hybrid Monte Carlo'', basé sur la dynamique moléculaire, est présenté dans le chapitre V ainsi que la méthode de résolution de grands systèmes linéaires creux qui apparaîssent dans le calcul des observables. Ce chapitre présente aussi les aspects informatiques du problème, c'est-à-dire le parallélisme massif ainsi que les caractéristiques des machines utilisées. Dans le chapitre VI nous expliquons la méthodologie suivie pour la production des ensembles représentatifs de configuration de jauge. La mise en oeuvre et le contrôle de cette production est une part importante du travail effectué pendant cette thèse. Les deux derniers chapitres sont consacrés au calcul proprement dit des observables et à la présentation des résultats. La principale difficulté technique, l'évaluation des propagateurs de quark, a été résolue en exploitant au mieux les fermes de processeurs disponibles. Une part importante du travail de thèse a été consacrée à ce problème. Dans la conclusion nous faisons le point sur l'état des calculs de QCD sur réseau et nous discutons de l'évolution du domaine dans la perspective des nouveaux moyens de calculs et des développements théoriques récents.

Le futur collisionneur du CERN (le LHC) possède un fantastique potentiel de découverte à condition d'avoir une prédiction quantitative de la QCD. Pour ce faire, il est nécessaire d'effectuer des calculs dans l'approximation NLO de manière à réduire la dépendance de la section efficace en fonction des échelles non physiques. Pour obtenir des résultats dans cette approximation, il faut calculer les sections efficaces des sous-processus partoniques contribuant à la réaction étudiée à l'ordre le plus bas ainsi que les corrections virtuelles (une boucle) et réelles. Le calcul des corrections virtuelles reste très compliqué si le nombre de particules externes est supérieur à quatre ou si les particules externes (internes) sont massives.<br />Dans cette thèse est proposée une méthode automatique pour effectuer les calculs à une boucle et à cinq pattes, et qui peut être généralisée aux cas de particules massives.<br />Dans une première partie, nous décrirons divers outils et méthodes nécessaires à de tels calculs. Nous les appliquerons ensuite au calcul de la réaction (gluon + gluon -> photon + photon + gluon), qui intéresse les expérimentateurs des expériences ATLAS et CMS comme bruit de fond à la recherche du Higgs, notamment pour décrire correctement la queue de la distribution transverse du boson de Higgs. Sera alors présenté le résultat explicite de cette amplitude pour chaque configuration d'hélicités sous une forme compacte et une représentation clairement invariante de jauge. Nous terminerons par une étude phénoménologique de cette réaction.

Cette thèse présente une évaluation sur réseau de la constante de couplage de la Chromodynamique Quantique (QCD) en jauge de Landau, dans des schémas de renormalisation de type ``Momentum Substraction'' (MOM), à partir du calcul non-perturbatif du vertex à trois gluons. Ce travail a été mené avec deux saveurs dégénérées de quarks de Wilson dynamiques. Il prend place au sein d'un programme scientifique comprenant déjà une analyse similaire dans le cadre de la théorie ``pure jauge''. Dans les deux cas, l'interprétation des données numériques requiert l'introduction d'un condensat au moyen des techniques de développement en produit d'opérateurs (OPE). La contribution de cette correction en puissance est non-négligeable jusqu'à 10 GeV dans le cas ``pure jauge'', mais sa prise en compte rend satisfaisant l'accord de l'ensemble des résultats ``quenched'' et ``unquenched'' avec les données expérimentales. Par ailleurs, ce travail propose aussi un mécanisme physique de création du condensat dans le cadre d'un modèle de liquide ou de gaz d'instantons. Cette image permet de plus d'interpréter de manière cohérente le comportement de la constante de couplage forte dans l'infra-rouge profond.