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Lepton pairs resulting from the decay of heavy flavor mesons are an important tool to probe the hot and dense matter created in nucleus-nucleus collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider. Due to their large mass, heavy quarks are produced in the earliest stages of the collision and will, therefore, experience the full evolution of the system. The yield of heavy flavor mesons can be measured through their semi-leptonic decay channel by constructing like-sign and unlike-sign lepton pairs. Cross section measurements in p + p collisions provide a test of perturbative quantum chromodynamics (pQCD) theory in addition to a crucial baseline measurement to study the hot and cold nuclear matter effects present in heavy ion collisions. For the first time, the b¯b cross section in p+p collisions at √s = 500 GeV is measured. The results are based on the yield of high mass, like-sign dimuons measured in the PHENIX muon arm acceptance (1.2 < |y| < 2.2). The extrapolated total cross section is 25.2 ± 3.2 (stat) +11.4 -9.5 µb (sys). The cross section is comparable to pQCD calculation within uncertainties.

Dans le cadre du modèle mSUGRA qui décrit un mécanisme de brisure simple de la supersymétrie, des sparticules avec des masses au-delà des limites fixées par les expériences de LEPII peuvent être produites au Tevatron, collisionneur $p\overline {p}$ délivrant une énergie de 1.96 TeV dans le centre de masse. Un canal privilégié pour la découverte de la supersymétrie au Tevatron est la production associée du plus léger chargino,$\tilde {chi}_1^± $ et du second plus léger neutralino, $\tilde {chi}_2^0$. Les modes de désintégration leptoniques, $\tilde {chi}_2^0\to\tilde {chi}_1^0 $ l +l -et $\tilde {chi}_1^± \to\tilde {chi}_1^0 $ l ±\nu_l, conduisent à une signature claire avec trois leptons et une quantité significative d'énergie transverse manquante. De manière à augmenter la sensibilité au signal dans des régions de l'espace des paramètres conduisant à un troisième lepton très mou présentant une faible efficacité de reconstruction, une sélection avec deux leptons de même signe et de l'énergie transverse manquante a été développée. Le cas particulier du canal dimuon de même signe est étudié dans ce manuscrit. Aucune preuve de l'existence de la supersymétrie n'a pu être mise en évidence à partir des données acquises entre avril 2002 et février 2006 par le détecteur DØ du Tevatron et représentant une luminosité intégrée de 0.9 fb−1.Des limites sur le produit de la section efficace de production du signal fois le rapport d'embranchement en trois leptons, $\sigma (p\overline {p}\to\ tilde {chi}_1^± \tilde {chi}_2^0)$ ×BR(3ℓ), ont alors été déterminées en fonction de la masse du $\tilde {chi}_1^± $. Les résultats ainsi obtenus par la sélection dimuon de même signe ont été combinés avec les résultats de sélections trilepton. Pour des configurations de type mSUGRA avec des désintégrations leptoniques favorisées, une limite de 140 GeV/c2 est obtenue sur la masse du $\tilde {chi}_1^± $.

Lepton pairs resulting from the decay of heavy flavor mesons are an important tool to probe the hot and dense matter created in nucleus-nucleus collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider. Due to their large mass, heavy quarks are produced in the earliest stages of the collision and will, therefore, experience the full evolution of the system. The yield of heavy flavor mesons can be measured through their semi-leptonic decay channel by constructing like-sign and unlike-sign lepton pairs. Cross section measurements in p + p collisions provide a test of perturbative quantum chromodynamics (pQCD) theory in addition to a crucial baseline measurement to study the hot and cold nuclear matter effects present in heavy ion collisions. For the first time, the b¯b cross section in p+p collisions at √s = 500 GeV is measured. The results are based on the yield of high mass, like-sign dimuons measured in the PHENIX muon arm acceptance (1.2 < |y| < 2.2). The extrapolated total cross section is 25.2 ± 3.2 (stat) +11.4 -9.5 µb (sys). The cross section is comparable to pQCD calculation within uncertainties.

L’expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l’état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l’étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l’aide d’un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 < η < -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l’analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l’état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l’impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L’analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l’expérience ALICE et les plans d’amélioration des détecteurs pour l’horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l’ajout d’un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l’avant de l’absorbeur hadronique dans l’acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation / ALICE experiment at LHC studies the Quark Gluon Plasma (QGP), a particular state of matter where quarks and gluons are deconfined. A probe to explore this state is the study of several resonances (ρ, ω, ф, J/ψ and Ƴ) through their dimuon decay channel, with a muon spectrometer covering pseudo-rapidity -4 < η < -2.5. In the first part of this thesis, the focus is on light vector mesons (ρ, ω and ф) and their analysis in the 2010 data, in pp collisions at √s = 7 TeV and Pb-Pb collisions at √sNN = 2.76 TeV. Light vector mesons are powerful tools to probe the QGP due to their short lifetime and their dimuon decay channel. Indeed, leptons have negligible final state interactions. Production rates and spectral functions of those mesons are modified by the hot hadronic and QGP medium. In pp collisions, pT distributions, production cross sections and pT-differential cross sections of the different mesons have been extracted. The Pb-Pb analysis and its prospects are also presented. The second part of the thesis concerns ALICE upgrades plans of year 2017. A feasibility study for a Muon Forward Tracker (MFT) in Silicon pixels located upstream of the hadronic absorber, in the spectrometer acceptance, was performed. Performances and improvements brought by the MFT on several physics cases were in simulations

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

L'expérience ALICE au LHC étudie le plasma de quarks gluons (PQG), état de la matière où quarks et gluons existent à l'état déconfinés. Une des sondes utilisée pour explorer cet état est l'étude de plusieurs résonances (ρ, ω, ф, J/ψ et Ƴ) via leur canal de désintégration dimuonique, à l'aide d'un spectromètre à muons couvrant les pseudo-rapidités -4 < η < -2.5. La première partie de la thèse se focalise sur les mésons vecteurs de basses masses (ρ, ω et ф) . Elle concerne l'analyse des données récoltées en 2010 en collisions pp à √s = 7 TeV et Pb-Pb à √sNN = 2.76 TeV. Les mésons vecteurs de basses masses sont des outils intéressants pour sonder le PQG grâce à leurs faibles durées de vie et leur canal de désintégration dimuonique non affecté par les interactions dans l'état final. Les taux de production et fonctions spectrales de ces mésons sont modifiées par le milieu hadronique chaud et le PQG. En collisions pp, les distributions du ф, du (ρ+ω) en fonction de l'impulsion transverse ainsi que les sections efficaces et sections efficaces différentielles de production des différents mésons ont été extraites. L'analyse en collisions Pb-Pb ainsi que ses perspectives sont également présentées. La seconde partie de la thèse concerne le futur de l'expérience ALICE et les plans d'amélioration des détecteurs pour l'horizon 2017. Une étude de faisabilité pour l'ajout d'un trajectographe en pixels de Silicium (MFT) à l'avant de l'absorbeur hadronique dans l'acceptance du spectromètre à muons est présentée. Les performances et améliorations apportées par le MFT dans différents canaux de physique ont été étudiées en simulation

Ce document décrit en détail les étapes importantes de R&D dans la conception et mise au point de la chambre proportionnelle à lecture cathodique hautement segmentée de la station1 du Spectromètre Bras Dimuons de l'expérience ALICE, récemment implantée au LHC. Plusieurs aspects expérimentaux sont résumés - comprenant l'électronique, la construction mécanique, la modélisation du détecteur, les simulations de la physique et les faisceaux tests, les méthodes de cartographie en langue Orientée Objet et les résultats des prototypes en faisceaux test. Ce document est écrit à destination des jeunes expérimentateurs.