In its first three years of operation, the Large Hadron Collider at CERN has already proved its worth as a discovery machine and reinvigorated the prospects for discovering new dynamics beyond the Standard Model. This thesis presents a range of experimental methods devised for discovery of supersymmetry, one of the most important extensions of the Standard Model being tested at the LHC. The first chapter discusses the concepts behind a set of transverse mass-bound variables, and explores connections between these variables and others in the literature. Not only are these variables important tools for mass measurement, should sparticles be seen at the LHC, they are also critical components of experimental searches. Accordingly, their performance has been compared in both mass measurement and search contexts, and the results are reported here. This is followed by the details of a search for hadronically-decaying squarks and gluinos, carried out on 4.7 fb−1 of data collected at 7 TeV in 2011 by the ATLAS detector. The search strategy is described, focusing on the implementation of a background estimation method using photon events to determine the background contamination due to invisible Z boson decays. The results of the search are then presented. Stringent limits are set on the production of squarks and gluinos in a variety of model scenarios.

L’énergie dans le centre de masse des collisions produites par le LHC a été portée en 2015 à 13 TeV, augmentant fortement les sections efficaces de production de particules hypothétiques lourdes et ouvrant ainsi la voie à la recherche de nouvelle physique. Les travaux effectués dans ce contexte ont porté sur la définition des critères d’identification des électrons et la recherche de Supersymétrie dans les données du détecteur ATLAS. La première partie est consacrée à l’optimisation et aux performances attendues de l’identification des électrons, utilisée pour le déclenchement et l’analyse des données en 2015. La méthodologie mise au point pour adapter les critères aux contraintes expérimentales est présentée. La seconde partie est dédiée à la recherche de particules supersymétriques produites par interaction forte dans les canaux avec deux leptons de même charge électrique (électrons ou muons), des jets et de l’énergie transverse manquante, à partir de l’ensemble des données collectées en 2015 (soit 3.2 fb à s = 13 TeV). Les principaux aspects de l’analyse sont décrits, avec une attention particulière à l’estimation du bruit de fond expérimental. L’absence d’excès par rapport aux prédictions du Modèle Standard est interprétée en terme de limites sur la masse des squarks, des gluinos et des neutralinos dans le cadre de modèles supersymétriques simplifiés. Cela a permis par exemple d’exclure l’existence de gluinos de masse inférieure à 1.1 TeV dans certains modèles avec un spectre de masse compressé, ce qui représente une amélioration d’environ 150 GeV par rapport aux limites antérieures. / The LHC collisions center of mass energy rose up to 13 TeV in 2015, strongly increasing the production cross sections of hypothetical heavy particles (for example by a factor 50 for pair production of gluinos with a 1.5 TeV mass) and thus, paving the way for new physics searches. An optimisation of the electron iidentification criteria and a search for Supersymmetry with the ATLAS detector data were performed in this context. The first part is dedicated to the definition and the expected performance of the electron identification used for the trigger and the analysis of the 2015 data. The methodology defined to adapt these criteria to the experimental constraints is detailed. The second part is dedicated to the search for strongly produced supersymmetric particles in events with two same sign leptons (electrons or muons), jets and missing transverse energy using the full 2015 dataset (3.2 fb at s = 13 TeV). The main aspects of the analysis are described, paying particular attention to the experimental background. As no significant excess over the Standard Model expectation is observed, the results are interpreted using several simplified models to set limits on the masses of the gluinos, the squarks and the neutralinos. For instance, gluino masses up to 1.1 TeV are excluded, which represents an improvement of about 150 GeV with respect to the previous limits for some models with compressed mass spectra.

Le modèle standard est le modèle théorique de référence pour expliquer les phénomènes subatomiques. Jamais directement mis en défaut et couronné de succès depuis des dizaines d'années, il souffre néanmoins d'imperfections théoriques et peine à expliquer certains phénomènes physiques observés à hautes énergies. Pour ces raisons, plusieurs théories proposent des extensions de ce modèle. La supersymétrie, appréciée pour son élégance théorique, est l'une d'entre elles. Le travail présenté dans ce manuscrit concerne la recherche d'un signal supersymétrique, dont les caractéristiques principales sont la présence de plusieurs jets de quark b et une forte énergie transverse manquante. L'analyse de ce signal est effectuée sur les données du Run II collectées par le détecteur D0 d'avril 2003 à mars 2006 (~1 fb¬-1).<br />La signature d'une telle topologie implique une bonne résolution sur l'énergie des jets, ainsi qu'une mesure précise de l'énergie transverse manquante. Par conséquent, il faut au préalable bien comprendre les informations recueillies par le calorimètre, une des parties cruciale du détecteur pour cette analyse. La présence de plusieurs quarks de saveurs lourdes dans l'état final nécessite un étiquetage maîtrisé des jets de quark b. Cet étiquetage est une variable fortement discriminante entre le signal et le bruit de fond du modèle standard.<br />Les collisionneurs hadroniques comme le TeVatron ont une section efficace de QCD inclusive des ordres de grandeurs supérieurs à celle du signal recherché dans cette analyse. Il faut donc être en mesure de trouver des coupures rapides et efficaces dès le système de déclenchement du détecteur. L'essentiel de mon travail de préparation à l'analyse porte sur la mise au point et l'étude de conditions de déclenchement basées sur le calorimètre et permettant de sélectionner efficacement les signaux caractérisés par la présence de jets et d'énergie transverse manquante.