Cette thèse a utilisé la méthode des règles de somme de QCD pour étudier la nature des résonances du charmonium suivantes: Y(3930), Y(4140), X(4350), Y(4260), Y(4360) et Y(4660). Il y a des fortes indications que ces états ont des structures hadroniques non conventionnelles (ou exotiques) lorsque leurs masses respectives et les modes de désintégration observés expérimentalement sont incompatibles avec ce qui est attendu pour l'état conventionnel du charmonium.Le même phénomène se produit dans le secteur du bottomonium, où les nouveaux états Yb(10890) et Yb(11020), observeés récemment pourraient indiquer l'existence de nouveaux états exotiques du bottomonium. De cette façon, on vérifie que l'état Y(4140) peut être décrit soit par une structure moléculaire D*s D*s (0++) ou par une mélange entre les états moléculaires D*s D*s (0++) et D*D* (0++). Les états Y(3930) et X(4350) ne peuvent pas être décrites par les courants moléculaires D*D* (0++) et D*s D*so (1-+), respectivement. On vérifie également que la structure moléculaire psi' f0(980) (1--) réproduit très bien la masse de l'état Y(4660). Une extension naturelle au secteur du bottomonium indique que l'état moléculaire Y' f0(980) est un bon candidat pour l'état Yb(10890). On a également fait une estimation pour les états moléculaires possibles formées par des mésons D et B, ce qui pourra être observé dans des expériences futures au LHC.Une vaste étude, en utilisant le formalisme habituel des règles de somme et aussi le Double Rapport des règles de somme, est fait pour calculer les masses des baryons lourds en QCD. Les estimations pour les masses des baryons avec un (Qqq) et deux (QQq) quarks lourds sont un excellent test pour la capacité de la méthode de règles de somme à prédire les masses des baryons qui n'ont pas encore été observés. / The QCD sum rules approach was used to study the nature of the following charmonium resonances: Y(3930), Y(4140), X(4350), Y(4260), Y(4360) and Y(4660). There is strong evidence that these states have a non-conventional (or exotic) hadronic structures since their respective masses and decay channels observed experimentally are inconsistent with expected for a conventional charmonium state. The same phenomenon occurs on the bottomonium sector, where new states like Yb(10890) and Yb(11020) observed recently could indicate the existence of new bottomonium exotic states. In this way, one verifies that the state Y(4140) could be described as a D*s D*s (0++) molecular state or even as a mixture of D*s D*s (0++) and D*D* (0++) molecular states. For the Y(3930) and X(4350) states, both cannot be described as a D*D* (0++) and D*s D*s0 (1−+), respectively. From the sum rule point of view, the Y(4660) state could be described as a ψ' f0(980) (1−−) molecular state. The extension to the bottomonium sector is done in a straightforward way to demonstrate that the Y' f0(980) molecular state is a good candidate for describing the structure of the Yb(10890) state. In the following, one estimates the mass of the exotic Bc-like molecular states using QCD sum rules - these exotic states would correspond to a bound states of D(*) and B(*) mesons. All of these mass predictions could (or not) be checked in a near future experiments at LHC.A large study using the Double Ratio of sum rules approach has been evaluated for the study of the heavy baryon masses in QCD. The obtained results for the baryons with one (Qqq) and two (QQq) heavy quarks will be an excellent test for the capability of the sum rule approach in predicting mass of the baryons which have not yet been observed.

La densité epsilon0 de la matière nucléaire ordinaire est de l'ordre de 0,17 GeV/fm^3 . Lorsqu’ elle atteint une densité comprise entre 5 à 10 epsilon0 ou une température comprise entre 150 à 200 MeV, une transition de phase, prédite par la ChromoDynamique Quantique sur réseau, vers un nouvel état de la matière se produit. Cet état dans lequel les quarks et les gluons sont déconfinés et peuvent se mouvoir librement est appelé Plasma de Quarks et de Gluons (PQG). Les collisions d’ions lourds ultra-relativistes au Large Hadron Collider (LHC) permettront de recréer les conditions de formation d’un tel état. L’étude du PQG au LHC se fera essentiellement avec l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) dont le spectromètre à muons est conçu pour observer dans le canal muonique, sur un domaine de pseudo-rapidité -4 < eta < -2.5, la suppression des résonances lourdes (J/psi,Upsilon) par écrantage de couleur à travers leurs décroissance en muons.La première partie de ce travail porte sur les corrections d’acceptance et d’efficacité qui sont indispensables pour les analyses de physique. Cette étude a montré que le processus de correction est indépendant des distributions choisies.La seconde partie de cette thèse porte sur l’analyse du J/psi dans les collisions proton+proton à sqrt(s) = 7 TeV. / The ordinary nuclear matte density epsilon0 is around de 0,17 GeV/fm^3 . For a critical value between 5 and 10 epsilon0 or a temperature around 150 to 200 MeV, the lattice Quantum ChromoDynamics (lQCD) predicts a phase transition from the classical matter to a new state of matter called the Quark Gluon Plasma (QGP). In this state, quarks and gluons behave like free particles. Heavy ions collisions at the Large Hadron Collider (LHC) are used to recreate the condition needed for a QGP formation. ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is one of the LHC experiment dedicated to the study the QGP. One of the possible signature is the suppression of the quarkonia (J/psi, Upsilon) by color screening. The ALICE muon spectrometer allows to measure the quarkonia, in a pseudo-rapidity domain -4 < eta < -2.5, using their decay into muons.The first part of the report presents the acceptance and efficiency corrections. These corrections are crucial for the analysis. This study has shown that the correction process is independent from the selected distribution used for the correction.The second part describes the analysis of the J/psi in proton+proton collisions at sqrt(s) = 7 TeV.

Le proton est décrit par les facteurs de forme électrique et magnétique qui caractérisent sa structure interne. Le moyen de mesurer les facteurs de forme consiste à mesurer la distribution angulaire de la diffusion élastique e-p: dans cette région dite espace q^2 est négatif. En utilisant la réaction croisée pbar p<--> e+ e-, on atteint une autre région cinématique appelée région temps où q^2>0. Cependant, à cause du seuil q^2_{th} de les réactions pbar p <--> e+e-, seul le domaine cinématique q^2>q^2_{th}>0 est autorisé. Pour atteindre la région non physique, on utilise la réaction pbar p --> pi0e+e- où le pi0 emporte une partie de l'énergie autorisant ainsi q^2 à varier entre q^2_{th} et presque 0. Cette thèse vise à démontrer la faisabilité de ces mesures avec le détecteur PANDA qui sera installé sur l'anneau d'antiprotons du futur complexe FAIR à Darmstadt. Pour décrire la réaction pbar p --> pi0e+e- une approche basée sur des lagrangiens est développée. La section efficace 5 fois différentielle est determinée et reliée à des combinaisons linéaires de tenseurs hadroniques. Sous l'hypothèse de l'échange d'un nucléon, les tenseurs hadroniques sont exprimés en fonctions des 2 facteurs de forme électromagnétiques complexes du proton. Une méthode est développée, qui donne accès au rapport des facteurs de forme électromagnétiques du proton R=|G_E|/|G_M| et pour la première fois avec une expérience non polarisée au cosinus de la différence de phase. A ce jour, de telles mesures n'ont jamais été faites dans la région non physique. Des simulations détaillées ont été effectuées pour montrer comment le rapport R et le cosinus peuvent être extraits de la distribution angulaire du positron. De plus, un modèle est développé pour la réaction parasite pbar p-->pi0pi+pi- considérée comme la plus dangereuse. La contribution du bruit de fond peut être réduite à quelques pour-cent voire moins. L'efficacité typique de détection du signal correspondante varie de l'ordre de 5 pour-cent à 30 pour-cent. La précision sur la détermination du rapport R et du cosinus est determinée pour le nombre de coups attendu via la méthode Monte Carlo. Une partie de cette thèse est aussi dédiée à un travail plus technique avec l'étude du prototype du calorimètre électromagnétique et la détermination de sa résolution. / The proton is described by the electric G_E and magnetic G_M form factors which characterise its internal structure. The way to measure the proton form factors consists in measuring the angular distribution of the e-p elastic scattering accessing the so-called Space-Like region where q^2<0. Using the crossed channel pbar p<-->e+e-, one accesses another kinematical region, the so-called Time-Like region where q^2>0. However, due to the pbar p<-->e+e- threshold q^2_{th}, only the kinematical domain q^2>q^2_{th}>0 is available. To access the unphysical region, one may use the pbar p --> pi0e+e- reaction where the pi0 takes away a part of the system energy allowing q^2 to be varied between q^2_{th} and almost 0. This thesis aims to show the feasibility of such measurements with the PANDA detector which will be installed on the antiproton ring at the FAIR facility at Darmstadt. To describe the pbar p --> pi0e+e- reaction, a Lagrangian based approach is developed. The 5-fold differential cross section is determined and related to linear combinations of hadronic tensors. Under the assumption of one nucleon exchange, the hadronic tensors are expressed in terms of the 2 complex proton electromagnetic form factors. An extraction method which provides an access to the proton electromagnetic form factor ratio R=|G_E|/|G_M| and for the first time in an unpolarized experiment to the cosine of the phase difference is developed. Such measurements have never been performed in the unphysical region. Extended simulations were performed to show how the ratio R and the cosine can be extracted from the positron angular distribution. Furthermore, a model is developed for the pbar p-->pi0pi+pi- background reaction considered as the most dangerous one. The background contribution can be reduced to the percent level or even less. The corresponding signal efficiency ranges from a few % to 30%. The precision on the determination of the ratio R and of the cosine is determined using the expected counting rates via Monte Carlo method. A part of this thesis is also dedicated to more technical work with the study of the prototype of the electromagnetic calorimeter and the determination of its resolution.

This thesis is dedicated to study of interactions of utra-high energy cosmic rays using measured data from the Pierre Auger Observatory, automatic alarm system called Shift Guard and analysis of correlation of temperature and detector response. The Pierre Auger Observatory is the largest experiment to study ultra-high energy cosmic rays. The assumed relation between temperature and fluorescence detector response is studied together with descriptive temperature analysis, which shows that the air-conditioning system is not able to stabilize temperature enough. The temperature influence on camera response is investigated in order to measure the calibration correction factor. Shift Guard - the alarm system dedicated to protect fluorescence detectors and data taking is introduced and its functionality is described. The alarm system informs shifters about some events and situations that can endanger detector or deteriorate data quality. The basic parameters and alarm system logic are described together with light and sound signals. The discrepancy between measured and predicted number of muons at ground level calculated by EAS generators is showed and possible sources of this disagree- ment are studied. The result of massive dark photons decay in EAS as one of exotic muon source is presented. The analysis...

The ATLAS experiment is one of the two general-purpose detectors at the Large Hadron Collider at CERN near Geneva. The goals of this particle physics experiment are the search for new physics phenomena and precision measurement of the particle interactions. Tilecal is the central hadronic calorimeter of the ATLAS. The calorimeter time calibration is important for the time-of-flight measurement of particles (used in some analyses) as well as for the actual energy reconstruction. 1

This thesis deals with a broad range of aspects that concern the simulation of QCD jet physics by Monte Carlo event generators. Phenomenological work is presented in validating the CKKW approach for merging tree-level matrix elements and parton showers. In the second part the main project is documented comprising the definition, realization and verification of a new QCD colour-dipole cascade. Finally, a new cluster-hadronization model is introduced.

Strahlungskorrekturen zur Hadronproduktion bei niedrigen Energien, wie man sie an den e+e- -Beschleunigern DAFNE und VEPP-2M misst, werden untersucht. Ziel dieser Arbeit ist es, die von QED--Korrekturen befreiten hadronischen Wirkungsquerschnitte aus den hadronischen Daten mit einer Praezision auf Promille-Niveau zu extrahieren. Hadronische Praezisionsdaten werden benoetigt, um den theoretischen Fehler zur laufenden Feinstrukturkonstanten alpha(s) und zum anomalen magnetischen Moment des Myons a(mu) zu senken und sie stellen daher einen Schluessel zur moeglichen Entdeckung ``neuer Physik'' dar. Insbesondere die Paarproduktion geladener Pionen e+e- -> pi+ pi- unterhalb einer Energie von 1 GeV ist von grosser Wichtigkeit. Zu diesem Prozess werden die vollstaendigen O(alpha)-QED-Korrekturen zum Anfangszustand, Endzustand sowie die Interferenzkorrekturen berechnet. Analytische Formeln zu den virtuellen und reellen photonischen Korrekturen werden angegeben. Der totale Wirkungsquerschnitt sigma, die Pion-Winkelverteilung dsigma/dcos(theta) und die Invariantemasseverteilung des Pionpaars dsigma/ds' werden fuer den Fall realistischer kinematischer Schnitte untersucht. Es wird gezeigt, dass zusaetzlich zu den vollstaendigen O(alpha)-Korrekturen zusaetzlich die photonischen Anfangszustandskorrekturen der Ordnung O(alpha^2) und fuehrende Photonbeitraege der Ordnung O(alpha^3) sowie Beitraege zur e+ e- -Paarabstrahlung vom Anfangszustand beruecksichtigt werden muessen wenn mindestens eine Genauigkeit auf Prozent-Niveau verlangt wird. Fuer die Datenanalyse wird der Schwerpunkt auf eine inklusive Behandlung aller Photonen gelegt. Die Messung sowohl des totalen Wirkungsquerschnitts als auch der pi+ pi- Invariantemasseverteilung betreffend wird der theoretische Fehler dieser Behandlung der Strahlungskorrekturen mit 2 Promille abgeschaetzt. Ausserdem wird die Modellunsicherheit als Folge der Pion-Substruktur diskutiert. Um den Formfaktor mit der gewuenschten Praezision aus den experimentellen Daten extrahieren zu koennen, wurde ein auf diese Fragestellung zugeschnittenes Fortran-Programm geschrieben, welches die Beruecksichtigung realistischer kinematischer Schnitte erlaubt. Insgesamt erfuellt die Genauigkeit der theoretischen Vorhersagen die Erfordernisse der Niedrigenergie- e+ e- -Experimente wie diejenigen bei DAFNE oder VEPP-2M. / Radiative corrections to low energy hadron production as measured at the e+ e- colliders DAFNE and VEPP-2M are investigated. The goal of this work is to provide the theoretical condition for extracting hadronic cross sections undressed from QED corrections from the measured data with a precision of per mill level. High precision hadronic data are required to reduce the theoretical error of the running fine structure constant alpha(s) and the muon anomalous magnetic moment a(mu) and therefore represent a key to a possible discovery of ``new physics''. Especially the channel of charged pion pair production e+e- -> pi+ pi- below 1 GeV appears to be of great importance. To this process the complete O(alpha) QED initial state, final state and initial-final state interference corrections are calculated. Analytic formulae are given for the virtual and for the real photon corrections. The total cross section sigma, the pion angular distribution dsigma/dcos(theta) and the pi+ pi- invariant mass distribution dsigma/ds' are investigated in the regime of experimentally realistic kinematical cuts. It is shown that in addition to the full O(alpha) corrections also the O(alpha^2) and leading log O(alpha^3) photonic corrections as well as the contributions from IS e+ e- pair production have to be taken into account if at least per cent accuracy is required. For the data analysis I focus on an inclusive treatment of all photons. The theoretical error concerning this treatment of radiative corrections is then estimated to be 2 per mill for both the measurement of the total cross section and the pi+ pi- invariant mass distribution. In addition the model uncertainty due to the pion substructure is discussed. To be able to extract the pion form factor from the experimental data with the desired accuracy a dedicated Fortran program was written which allows to take into account experimentally realistic kinematical cuts. Altogether the precision of the theoretical prediction matches the requirements of low energy e+ e- experiments like the ones at DAFNE and VEPP-2M.

In dieser Arbeit wurde die Produktion der Charmonium-Zust\"ande $\chi_{c1}$ und $\chi_{c2}$ in Proton-Kern-Wechselwirkungen bei einer Proton-Nukleon-Schwerpunktenergie von $\sqrt{s}=41.6~{\rm GeV}$ untersucht. Die f\"ur die Analyse verwendeten Daten wurden mit dem HERA-B-Experiment genommen, das die Streuung von Protonen des HERA-Rings an feststehenden Draht-Targets verschiedener Materialien untersucht. Die Analyse basiert auf etwa $10\,000$ radiativen $\chi_{c}$-Zerf\"allen, $\chi_{c}\rightarrow J/\psi\gamma$, die aus mehr als $122\cdot10^{3}$ myonischen $J/\psi$-Zerf\"allen, $J/\psi\rightarrow\mu^{+}\mu^{-}$, rekonstruiert wurden. Das Verh\"altnis der Rate der $J/\psi$, die aus $\chi_{c}$-Zerf\"allen stammen, zu der Gesamtrate der $J/\psi$, $R_{\chi_{c}}=\sum_{i=1,2}{\sigma(\chi_{ci})Br(\chi_{ci}\rightarrow J/\psi\gamma)/\sigma(J/\psi)}$, wurde in dem kinematischen Bereich $-0.35 / In this thesis the production of the charmonium states $\chi_{c1}$ and $\chi_{c2}$ in proton-nucleus collisions at a proton-nucleon center-of-mass energy $\sqrt{s}=41.6~{\rm GeV}$ was studied. The data used for the analysis have been taken by the fixed-target experiment HERA-B that uses the HERA proton beam to scatter protons off the nuclei of different wire targets. About $122\cdot10^{3}$ recorded muonic $J/\psi$ decays, $J/\psi\rightarrow\mu^{+}\mu^{-}$, resulted in almost $10\,000$ reconstructed $\chi_{c}\rightarrow J/\psi\gamma$. The ratio $R_{\chi_{c}} = \sum_{i=1,2}{\sigma(\chi_{ci}) Br(\chi_{ci}\rightarrow J/\psi\gamma) /\sigma(J/\psi)}$, which is the ratio of $J/\psi$ from $\chi_c$ decays to all produced $J/\psi$, was measured in the kinematical range $-0.35

ATLAS is a multi-purpose detector which has recently started to take data at the LHC at CERN. This thesis describes the tests and calibrations of the central calorimeters of ATLAS and outlines a search for heavy top quark pair resonances.The calorimeter tests were performed before the ATLAS detector was assembled at the LHC, in such a way that particle beams of known energy were targeted at the calorimeter modules. In one of the studies presented here, modules of the hadronic barrel calorimeter, TileCal, were exposed to beams of pions of energies between 3 and 9 GeV. It is shown that muons from pion decays in the beam can be separated from the pions, and that the simulation of the detector correctly describes the muon behaviour. In the second calorimeter study, a scheme for local hadronic calibration is developed and applied to single pion test beam data in a wide range of energies, measured by the combination of the electromagnetic barrel calorimeter and the TileCal hadronic calorimeter. The calibration method is shown to provide a calorimeter linearity within 3%, and also to give a reasonable agreement between simulations and data. The physics analysis of this thesis is the proposed search for heavy top quark resonances, and it is shown that a narrow uncoloured top pair resonance, a Z', could be excluded (or discovered) at 95% CL for cross sections of 4.0±1.6 pb (in the case of M=1.0 TeV/c2) or 2.0±0.3 pb (M=2.0 TeV/c2), including systematical uncertainties in the model, assuming √s = 10 TeV and an integrated luminosity of 200 pb-1. It is also shown that an important systematical uncertainty is the jet energy scale, which further underlines the importance of hadronic calibration.

Le Modèle Standard de la physique des particules permet de décrire le comportement des particules et leurs interactions. L’une d’elles, le quark top, est la particule élémentaire la plus lourde connue à ce jour. Cette propriété lui confère un rôle privilégié dans les théories dites de Nouvelle Physique, il pourrait se coupler préférentiellement aux nouvelles particules prédites par ces modèles.Cette thèse a été menée auprès du détecteur ATLAS installé au LHC. La première partie de ce travail a porté sur l’étalonnage du calorimètre hadronique, une partie du détecteur servant entre autres à mesurer l’énergie des hadrons produits lors des collisions. Ce calorimètre est étalonné grâce à un système laser, qui envoie des pulses de lumière dans les 9852 canaux du calorimètre. Cette étude a permis de corriger les canaux dont le gain dérive en appliquant des facteurs correctifs aux données. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à la recherche d’évènements à deux quarks top de même charge. La topologie avec deux leptons de même charge permet d’avoir une signature claire et présente peu de bruits de fond prédits par le Modèle Standard. Deux versions de l’analyse sont présentées : l’une avec une partie des données enregistrées par ATLAS en 2012, la deuxième plus optimisée avec le lot complet de données de 2012. Ces optimisations ont améliorées d’un facteur 3 la sensibilité sur le signal. N’ayant pas observé d’excès dans les données, une limite sur la section efficace de production d’évènements à deux quarks top de même charge a été calculée dans le cadre de deux modèles effectifs. / The Standard Model of particle physics is used to describe the behavior of the particles and their interactions. One of them, the top quark, is the heaviest elementary particle. This property gives it a favored role in the New Physics theories, it could interact preferentially with new particles predicted by these models.This thesis was performed using the ATLAS detector at LHC. The first part of this work was on the calibration of the ATLAS hadronic calorimeter, part of the detector which is used to measure the energy of the hadrons produced during the collisions. The hadronic calorimeter is calibrated with a laser system, which sends pulses to the 9852 calorimeter’s channels. With this study, drifting channels were corrected by applying correction factors on the data.The second part of this thesis was dedicated to the search of events with two same-sign top quarks. The topology with a same-sign dilepton pair is used to have a clear signature and show only a few Standard Model backgroud processes. Two versions of this analysis are discussed : one of them with a part of the data collected in 2012 and the other one, with a lot of optimizations and with the complete dataset of 2012. These optimizations permits to improve the sensitivity of the signal by a factor 3. Without any excess observed in the data events, it is possible to calculate a limit on the cross section of the same-sign top quarks pair and interpreted in the case of two effective models.