Cette thèse présente la première investigation expérimentale de la diffusion des bosons massifs (VBS) dans le canal ZZ où les deux bosons de Z se désintégrés en muons où électrons et sont associées avec deux jets hadroniques (ZZjj->lll’l’jj, l=e,mu). VBS constitue un processus clé dans la compréhension de la physique de la brisure de la symétrie électrofaible et le rôle du boson de Higgs découvert en 2012. Cette étude exploite 35.9fb-1 des collisions proton-proton enregistrés avec le détecteur CMS au Grand collisionneur des hadrons (LHC) à sqrt(s) = 13 TeV. Une analyse multivarié (MVA) est utilisée pour séparer le signal électrofaible du bruit de fond irréductible QCD et pour mesurer la force du signal mu, c'est-à-dire le quotient des nombres d'événements observés et celles attendues. La force du signal observé est de mu = 1.39 (+0.86 -65) et exclut l'hypothèse de l'absence d’un signal à 2.7 écart type (1.6 écart type attendue). Des limites sur la physique au-delà du modèle standard sont dérivés sur les couplages quartiques anomaux dans le cadre de la théorie des champs effectifs (EFT), résultant dans les limites les plus rigoureux sur les couplages des opérateurs T8 et T9.L’analyse VBS dans le canal ZZjj demande une modélisations exacte du signal et du bruit de fond irréductible, exigeant des nouveaux simulations. Des efforts intensifs sur la génération et comparaison des prédictions théoriques de plusieurs générateurs d'événements MC est présenté. La compréhension détaillée du signal et des bruit des fonds sont exploités pour développer et optimiser de façon systématique un arbre de décision boosté (BDT). Un classificateur basé sur les éléments de matrices et également développé et sa puissance comparé aux BDT, montrant des performances identiques. La technique d’extraction du signal par un fit des templates de tous les événements permets d’aussi contraindre la normalization du bruit de fond QCD par les données.Des analyses à quatre leptons comme la recherche pour le processus VBS dans le canal ZZ dépend de la capacité de reconstruire et identifier de façon efficace les leptons dans l'état final. Cette thèse présente des optimisations du algorithme multivarié d’identification des électrons utilisé dans les premiers données à 13 TeV en 2015. L'exploitation des variables liées aux traces des électrons permette une réduction de 50% du bruit de fond des électrons non-prompt. En suivant les changements dans la reconstruction des électrons et grâce à une optimisation continue des algorithmes, la performance dans l'identification des électrons a été maintenue pour les donnés enregistrés en 2016 malgré l’empilement plus sévère. La mesure d'efficacité de sélection d'électrons utilisées pour tous les études à multi-leptons dans CMS sont également documenté. / This thesis reports the first experimental investigation into vector boson scattering (VBS) in the the ZZ channel, where both Z bosons are required to decay into electrons or muons and are accompanied by at least two hadronic jets (ZZjj->lll’l’jj, l=e,mu). VBS is a key process in the elucidating the physics of electroweak symmetry breaking and the role of the recently discovered Higgs boson. The study analyses 35.9fb-1 of proton-proton collisions collected with the CMS experiment at the CERN Large Hadron Collider at a center-of-mass energy of 13 TeV. A multivariate analysis (MVA) technique is exploited to separate the electroweak signal from the QCD irreducible background and to measure the signal strength mu, that is the ratio of the observed number of events to the standard model expectation. The observed signal strength is mu = 1.39 (+0.86 -65) which excludes the background-only hypothesis at 2.7 standard deviations (1.6 standard deviations expected). Limits on physics beyond the standard model are derived in terms of anomalous quartic gauge couplings in the effective field theory approach, providing the most stringent constraints to date on the couplings for the operators T8 and T9.The ZZjj VBS analysis requires an accurate modelling of the signal and irreducible background processes, going beyond the existing simulations. Extensive work on generating and comparing the theory predictions from several MC event generators is presented. The detailed understanding of the signal and background kinematics is used to develop and systematically optimize a boosted decision tree (BDT) classifier. A matrix-element discriminant is also developed and its classification performance compared to the BDT, finding comparable performance and indicating that the BDT is adequate. The final signal extraction technique via a template fit of all ZZjj events is designed to simultaneously constrain the normalization of the QCD background using the data.Multi-lepton analyses like the search for VBS in the ZZ channel depend on the ability to efficiently reconstruct and identify the final state leptons. This work presents the optimizations on the multivariate electron identification algorithms used in the first data at 13 TeV in 2015. A study on extending the use of tracking information in the MVA resulted in the reduction of the non-prompt electron background by up to 50%. Monitoring changes to the reconstructed electron objects and continuous optimizations allowed to improve or maintain the performance of the electron MVA ID algorithms, despite the harsher pile-up conditions in the 2016 data. The electron efficiency measurements used by the 2016 multi-lepton analyses in CMS are also documented.

La première partie de ce document concerne mes activités dans le domaine de la physique des particules auprès des collisionneurs LEP et LHC et la deuxième est dédiée à mon activité plus récente dans le domaine des ondes gravitationnelles avec l'expérience Virgo.<br /><br />Ma thèse a porté sur la mesure de l'un des paramètres (Rl) de la résonance du boson Z à LEP avec l'expérience ALEPH. J'ai ensuite contribué à la mesure et à la combinaison de l'ensemble des paramètres de la résonance du Z ainsi qu'à l'extraction de paramètres du Modèle Standard de physique des particules à partir de ces mesures (masse du boson de Higgs, masse du quark top, constante de couplage fort). <br />En parallèle avec cette activité j'ai participé aux développements et tests du détecteur de pied de gerbe de l'expérience CMS au LHC. Ce détecteur sera particulièrement utile pour la réduction du bruit de fond dans la recherche du boson de Higgs avec sa désintégration en deux photons. Mon travail a principalement consisté à déterminer les performances du détecteur (résolution en énergie) en faisceau test, à effectuer une étude pour son électronique de lecture, et à décrire ce détecteur et la reconstruction des dépôts d'énergie dans le logiciel de reconstruction d'événements de CMS.<br /><br />J'ai ensuite abordé une autre thématique avec la recherche d'ondes gravitationnelles par interférométrie avec l'expérience Virgo. J'ai tout d'abord eu la charge de l'adaptation du système de détection (système optique, électronique de lecture des photodiodes et contrôle de l'ensemble) lors d'un changement de configuration de l'interféromètre. Je me suis ensuite fortement impliquée dans la phase de mise au point de l'interféromètre dont l'un des buts est d'amener l'interféromètre à sa sensibilité nominale. Je contribue essentiellement à cette phase avec: la responsabilité de sa caractérisation optique, la responsabilité du système de détection ainsi que la compréhension des bruits techniques limitant la sensibilité de l'interféromètre. L'étude des bruits techniques a fait l'objet d'une thèse que j'ai co-encadré.

Grâce a la grande section efficace de production de paires b \bar b, LHC offre une excellente occasion de faire des études de courants neutre changeant la saveur. Ces transitions sont sensibles aux effets de nouvelle physique. Cette these porte sur l'analyse des événements B0 → K∗ 0 e+e− qui permettent de mesurer la fraction de photon avec une polarisation droite et donc de rechercher des signaux de nouvelle physique émis dans la transition b → sγ . En effet, dans le Modele Standard, la polarisation des photons est gauche. La paire e+e−, lors que la masse invariante de la paire de leptons est basse, provient d'un photon virtuel et permet donc de sonder la polarisation de celui-ci. Cette mesure se fait grâce a l'étude des distribution angulaires de cette désintégration a quatre corps. Une première étape est la mesure du rapport d'embranchement dans le domaine de masse 30-1000 MeV/c2 . En effet, cette désintégration n'a jamais été observée dans cette région, y compris auprès des usines a B a cause du très faible rapport d'embranchement. Cette analyse comportant des électrons de basse impulsion transverse est expérimentalement complexe dans un environnement tel que celui du LHC. La mesure est faite relativement au rapport d'embranchement de la désintégration B0 → J/ψ (e + e−)K∗0 . En effet, cela permet de s'affranchir de nombreux effets expérimentaux ainsi que de la détermination absolue des efficacites. Le résultat, repose sur les donnees collectees par LHCb en 2011 et correspondant a une luminosité intégrée de 1 fb−1 : B(B 0 → K∗ 0 e+e−)30−1000 MeV/c = (3.19+0.75 −0.68 (stat) ± 0.22(syst) ± 0.15(PDG)) × 10− 7 en utilisant la valeur PDG pour le rapport d'embranchement de la désintégration B0 → J/ψ (e + e−)K∗0 . La dernière partie de la thèse porte sur des études Monte Carlo qui montrent que la précision sur la fraction de photon avec une polarisation droite que l'on peut espérer obtenir avec l'inclusion des données de 2012 est d'environ 0.1, comparable a la moyenne mondiale obtenue avec des méthodes differentes.

la physique des particules s'appuie sur une théorie dont les prédictions sont mesurables dans les grands collisionneurs. Les résultats obtenus confortent cette theorie electrofaible de basse énergie mais aucune déviation aujourd'hui n'annonce de la nouvelle physique. Ce qui devient étonnant, c'est qu'aucun des résultats ne confortent les observations venant de l'Univers. Que ce soit pour expliquer la baryogénèse primordiale ou la matière et l'énergie noire, responsable de l'acceleration de l'expansion de l'Univers. Dans cette habilitation, j'ai retracé quelques résultats électrofaibles du LEP (Higgs et boson W) ainsi que des mesures de violation CP. Je les compare aux attentes cosmologiques en terme de baryogénése primordiale et de quantité d'énergie noire et je montre que le modèle Standard actuel ne peut repondre a ces questions. Je finis par une analyse des approches théoriques et expérimentales pour répondre à ce grand problème actuel.

L’étude précise des transitions ß de Fermi super-permises 0+ ? 0+ offre un outil précieux pour explorer les propriétés de l’interaction faible dans le cadre du Modèle Standard (SM). Collectivement, les forces (ft) mesurées pour ces transitions permettent de vérifier l’hypothèse CVC et contribuent au test le plus rigoureux de l’unitarité de la première ligne de la matrice de mélange des quarks CKM en fournissant l’évaluation la plus précise de l’élément dominant (Vud). Jusqu’à récemment, un apparent défaut d’unitarité a semé le doute sur la validité du SM minimal et a mobilisé un effort considérable afin d’élargir le champ d’étude à d’autres émetteurs de Fermi. Le 62Ga et 38Ca sont parmi des noyaux clés pour mener ces tests de précision au travers de la vérification de la fiabilité des corrections imposées aux valeurs ft expérimentales. La décroissance ß de 62Ga a été étudiée auprès du séparateur IGISOL à Jyväskylä, avec un dispositif composé de 3 Clovers EUROBALL pour la détection du rayonnement ?. La mise en évidence de raies ? de très faible intensité (<1‰), au travers de corrélations ß-? et ß-?-?, a permis de reconstruire partiellement le schéma de niveaux excités dans le 62Zn. Le rapport d’embranchement analogue déduit (B.R.A = 99.893(24) %) est utilisé pour extraire la valeur Ft(62Ga) universelle. Celle-ci s’avère en bon accord avec les 12 valeurs précises connues de la littérature. La compatibilité constatée entre la limite supérieure dressée ici sur le terme (d1IM) et la prédiction théorique confirme l’importance des corrections de brisure de symétrie d'isospin dans les émetteurs ß (A = 62). L’étude de la décroissance de 38Ca a été réalisée auprès de l’installation ISOLDE du CERN. L’utilisation de la fluoration des fragments de réaction, pour isoler chimiquement les isotopes d’intérêt, alliée au piégeage d’ions assisté par REXTRAP et l’analyse TOF, ont permis de s’affranchir totalement du contaminant contraignant 38mK. Pour la première fois, la durée de vie de 38Ca est mesurée avec un échantillon de haute pureté. Le résultat préliminaire établi T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms améliore la précision par rapport à l’ancienne valeur d’un facteur proche de 10. / Precise measurements of Fermi superallowed 0+? 0+ ß decays provide a powerful tool to study the weak interaction properties in the framework of the Standard Model (SM). Collectively, the comparative half-lives (ƒt) of these transitions allow a sensitive probe of the CVC hypothesis and contribute to the most demanding test of the unitarity of the quarks-mixing CKM matrix top-row, by providing, so far, the most accurate determination of its dominant element (Vud). Until recently, an apparent departure from unity enhanced a doubt on the validity of the minimal SM and thus stimulated a considerable effort in order to extend the study to other Fermi emitters available. The 62Ga and 38Ca are among key nuclei to achieve these precision tests and verify the reliability of the corrections applied to the experimental ƒt-values. The 62Ga ß-decay was investigated at the IGISOL separator in Jyväskylä, with an experimental setup composed of 3 EUROBALL Clovers for ?-ray detection. Very weak intensity (<1‰) ?-rays were identified, via ß-? and ß-?-? correlations, and allowed a partial decay scheme reconstruction in 62Zn. The newly established analog branching-ratio (B.R.A = 99.893(24) %) was used to compute the universal Ft-value (62Ga). The latter turned out to be in good agreement with the 12 well-known cases. Compatibility between the upper limit set here on the term (d1IM) and the theoretical prediction suggests that the isospin-symmetry-breaking correction is indeed large for the heavy (A = 62) ß-emitters. The study of the 38a decay was performed at the CERN- ISOLDE facility. Injection of fluorine into the ion source, in order to chemically select the isotopes of interest, assisted by the REXTRAP Penning trap facility and a TOF analysis, enabled us to eliminate efficiently the troublesome 38mK. For the first time, the 38Ca half-life is measured with a highly purified radioactive sample. The preliminary result obtained, T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms, improves the precision on the half-life as determined from previous measurements by a factor close to 10.

L'étude précise des transitions β de Fermi super-permises 0+ → 0+ offre un outil précieux pour explorer les propriétés de l'interaction faible dans le cadre du Modèle Standard (SM). Collectivement, les forces (ft) mesurées pour ces transitions permettent de vérifier l'hypothèse CVC et contribuent au test le plus rigoureux de l'unitarité de la première ligne de la matrice de mélange des quarks CKM en fournissant l'évaluation la plus précise de l'élément dominant (Vud). Jusqu'à récemment, un apparent défaut d'unitarité a semé le doute sur la validité du SM minimal et a mobilisé un effort considérable afin d'élargir le champ d'étude à d'autres émetteurs de Fermi. Le 62Ga et 38Ca sont parmi des noyaux clés pour mener ces tests de précision au travers de la vérification de la fiabilité des corrections imposées aux valeurs ft expérimentales. La décroissance β de 62Ga a été étudiée auprès du séparateur IGISOL à Jyväskylä, avec un dispositif composé de 3 Clovers EUROBALL pour la détection du rayonnement γ. La mise en évidence de raies γ de très faible intensité (<1‰), au travers de corrélations β-γ et β-γ-γ, a permis de reconstruire partiellement le schéma de niveaux excités dans le 62Zn. Le rapport d'embranchement analogue déduit (B.R.A = 99.893(24) %) est utilisé pour extraire la valeur Ft(62Ga) universelle. Celle-ci s'avère en bon accord avec les 12 valeurs précises connues de la littérature. La compatibilité constatée entre la limite supérieure dressée ici sur le terme (δ1IM) et la prédiction théorique confirme l'importance des corrections de brisure de symétrie d'isospin dans les émetteurs β (A ≥ 62). L'étude de la décroissance de 38Ca a été réalisée auprès de l'installation ISOLDE du CERN. L'utilisation de la fluoration des fragments de réaction, pour isoler chimiquement les isotopes d'intérêt, alliée au piégeage d'ions assisté par REXTRAP et l'analyse TOF, ont permis de s'affranchir totalement du contaminant contraignant 38mK. Pour la première fois, la durée de vie de 38Ca est mesurée avec un échantillon de haute pureté. Le résultat préliminaire établi T1/2(38Ca) = 445.8(10) ms améliore la précision par rapport à l'ancienne valeur d'un facteur proche de 10.