Cette thèse décrit les recherches de nouvelles résonances massives se décomposant en une paire d’électronsou une paire de photons dans l’état final. Différents ensembles de données, provenant des collisionsproton-proton à une énergie dans le centre de massesqrt(s) = 13 TeV au Large Hadron Collider (LHC) etenregistrées par l’expérience CMS en 2015 et 2016, ont été analysés. Après un chapitre consacré à ladescription du modèle standard de la physique des particules élémentaires, les motivations pour l’introductionde nouvelles théories qui dépassent le modèle standard sont introduites et certaines classes demodèles sont décrites. Les techniques utilisées pour reconstituer les particules produites dans les collisionssont discutées ensuite, avec un accent particulier sur la reconstruction des électrons et des photons. Deuxanalyses séparées sont présentées.La première est la recherche d’une nouvelle résonance lourde se désintegrant en une paire d’électronsdans l’état final. De telles résonances sont prédites par une variété de modèles tels que les théories degrand unification ou les théories introduisant des dimensions supplémentaires. Leur signature apparaîtraitcomme un excès localisé d’événements dans le spectre de masse invariante des paires électron-positron.La sélection des événements est optimisée pour être très efficace pour les électrons à haute énergie etéviter de perdre des événements de signal potentiels. L’analyse repose sur des échantillons simulés pourl’estimation de la principale source de bruit de fond, qui est le processus Drell-Yan du modèle standard,où un boson Z est produit. Des approches basées sur les données sont poursuivies pour la validation dela simulation du bruit de fond avec des électrons produites dans l’état final et pour la déterminationdu bruit de fond provenant de processus de quantum chromo dynamics. Après avoir inspecté la masseinvariante des paires électron-positron, aucun excès sur la prédiction du modèle standard est observée, etdes limites supérieures à 95% de niveau de confiance sont placées sur le rapport entre la section efficacede production multipliée par le rapport de branchement d’une nouvelle résonance et cette même quantitéau pic du boson Z.La deuxième analyse présentée dans cette thèse est la recherche d’une nouvelle résonance lourde se désintegranten une paire de photons dans l’état final, dont l’existence est prédite par des modèles avec dessecteurs de Higgs non minimaux ou par des théories qui postulent l’existence de dimensions spatialessupplémentaires. Leur signature apparaîtrait comme un excès localisé d’événements dans le spectre demasse invariante des paires de photons. La sélection des événements a été optimisée afin d’être très efficacepour les photons à haute énergie et d’éviter la perte de signaux potentiels. L’estimation du bruit de fondest entièrement basée sur les données et réalisée avec un paramétrisation du spectre de masse invarianteobservé. Après l’inspection de la masse invariante des paires de photons, aucun excès par rapport à laprediction du modèle standard n’est observé, et des limites supérieures à 95% de niveau de confiance sontplacées sur la section efficace de production multipliée par le rapport de branchement d’une nouvelle résonance.Les résultats ont également été combinés avec ceux obtenus par les mêmes techniques d’analyse,mais avec des ensembles de données différents. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this thesis, analysis of the forward backward asymmetry of high energy electron pairs at the CMS - LHC with a centre of mass energy of 7 TeV is presented and the possibility of search for a new neutral weak boson Z&rsquo / via measuring the forward backward asymmetry AFB of high energy electron pairs is discussed. The forward backward asymmetry is a natural result of the interference between the neutral current mediators: Photon and Z boson. A new neutral gauge boson would also interfere with these mediators and this new interference would either enhance the forward backward asymmetry at high energies or suppress it. In this analysis, 4.67 fb&minus / 1 data collected at the CMS experiment in 2011 is used

This thesis describes searches for new heavy resonances that decay into dielectron final state and searches for new physics in the top quark sector. The standard model of elementary particle is introduced in the first chapter. After that, a selection of theories beyond the standard model that predict the existence of new massive resonances are described together with an introduction to the effective field theory that is used to search for new physics in top quark sector. Then, the Large Hadron Collider (LHC) and the Compact Muon Solenoid (CMS) detector are introduced, and the techniques used in order to reconstruct the particles produced in the collisions are discussed afterwards. Finally, two separate analyses are presented.The first analysis is searching for new heavy resonances using dielectron final state. As some beyond Standard Model theories predict the existence of new heavy resonances that can decay into dielectron pair, such as the grand unified theories and theories that introduce extra space-like dimensions. An observation of a local “bump” in the dielectron invariant mass spectrum will be an evidence for the existence of a new heavy resonance. The data used is from CMS experiment collected in 2016 with 35.9 fb-1 and in 2017 with 41.4 fb-1. The event selection is optimized in order to be highly efficiency for high energy electron and avoid loosing potential signal events. The leading background is the Drell-Yan process and it is estimated from simulation. The sub-leading background is from ttbar and ttbar-like processes and it is estimated from simulation also. A data-driven method is used to validate the simulation of sub-leading background. The last background from quantum chromodynamics processes is determined by data-driven approach. After having inspected the final dielectron invariant mass spectrum, no significant excess over the standard model background is observed, and upper limit at 95% confidence level is set on the ratio of production cross-section times branching ratio of a new resonance to the one at the Z boson peak.The second analysis is the search for new physics in the top quark sector with dielectron and dimuon final states using data collected by the CMS experiment in 2016 with 35.9 fb-1. Because of its high mass and close to electroweak symmetry breaking scale, the top quark is expected to play an important role in several new physics scenarios. The new physics in top quark pair production and in single top quark production in association with a W boson are investigated and a dedicated multivariate analysis is used to separate these two processes. No significant deviation from the standard model expectation is observed. Results are interpreted in the framework of an effective field theory and constraints on the relevant effective couplings are set at 95% confidence level. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le sujet de cette thèse porte sur la recherche de nouvelles résonances massives se désintégrant en une paire d’électrons ou une paire électron-muon avec le détecteur CMS, installé auprès du Grand Collisionneur du Hadrons (LHC) au CERN. Les données analysées correspondent à l’ensemble des collisions proton-proton enregistrées par le détecteur en 2012 à une énergie dans le centre de masse de 8 TeV. Après une brève introduction au modèle standard des particules élémentaires et à quelques unes des théories allant au-delà, le LHC et le détecteur CMS sont présentés. La reconstruction des différentes particules créées lors des collisions, en particulier des électrons et muons de haute énergie, est ensuite discutée. Deux analyses séparées sont menées.<p>La première consiste en la recherche d’une nouvelle résonance étroite, plus massive que le boson Z, dans le spectre de masse invariante des paires d’électrons, dont la principale contribution, dans le modèle standard, provient du processus de Drell–Yan. De telles résonances sont notamment prédites par des modèles dits de grande unification ou à dimensions spatiales supplémentaires. Le bruit de fond provenant des processus du modèle standard étant réduit dans la région étudiée, quelques événements localisés peuvent suffire pour mener à une découverte, et la sélection des électrons est optimisée afin de ne perdre aussi peu d’événements que possible. Les différentes contributions des bruits de fond sont partiellement estimées à partir de simulations. Une méthode basée sur le spectre de masse invariante des paires électron-muon mesuré dans les données est développée pour valider la contribution du second bruit de fond en terme d’importance. Aucun excès n’est observé par rapport aux prédictions du modèle standard et des limites supérieures à 95% de niveau de confiance sont placées sur le rapport entre la section efficace de production multipliée par le rapport de branchement d’une nouvelle résonance et celle au pic du boson Z. Ces limites sont ensuite converties en limites inférieures sur la masse de différentes particules hypothétiques de spin 1 ou de spin 2.<p>La seconde analyse consiste en une recherche de résonances massives et étroites dans le spectre de masse invariante des paires électron-muon. De telles résonances briseraient la conservation du nombre leptonique tel que prédit par le modèle standard. Cette possibilité existe cependant dans certains modèles de nouvelle physique. C’est notamment le cas pour un modèle à dimensions supplémentaires où apparaissent des nouveaux bosons neutres lourds. La sélection des événements demande un électron de haute énergie comme dans l’analyse précédente, et un muon de grande impulsion transverse. La stratégie de recherche est similaire au cas des paires d’électrons :le fait de rechercher un signal étroit rend l’analyse statistique très peu sensible aux erreurs systématiques affectant la normalisation absolue du spectre de masse électron-muon. Comme aucune déviation significative n’est observée par rapport aux prévisions du modèle standard, des limites supérieures sur la section efficace multipliée par le rapport de branchement sont établies pour le modèle à dimensions spatiales supplémentaires. Étant données les faibles valeurs théoriques de la section efficace de production des résonances violant la conservation de la saveur dans ce modèle, la quantité de données analysées ne permet pas d’en déduire une limite inférieure sur leur masse. Cette analyse représente néanmoins la première recherche directe avec l’expérience CMS, de bosons massifs, se désintégrant avec violation du nombre leptonique, en une paire électron-muon.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished