Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique nucléaire : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.156-161.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Physique nucléaire : Lyon 1 : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. 106 réf. bibliogr.

L'étude présentée dans cette thèse est dédiée à l'analyse des désintégrations radiatives de mésons beaux, processus faisant intervenir le quark b ce dernier se désintégrant par interaction faible en un quark s avec émission d'un photon. Ce type de désintégration est interdit à l'arbre en théorie quantique des champs et doit donc s'opérer à l'aide de boucles. Ces désintégrations ont des rapports d'embranchement très faibles, de l'ordre de 10^{-5}. Dès lors, l’étude de ces processus à l'aide du détecteur LHCb permet de mesurer précisément des observables reliées à ces processus, telles que les rapports d'embranchement, les asymétries de CP ou des variables angulaires et d'hélicité comme la polarisation du photon. En comparant ces résultats expérimentaux avec les prédictions théoriques du Modèle Standard de la Physique des Particules, il devient possible de tester ce modèle et de contraindre l'existence d'une nouvelle physique au delà du Modèle Standard. L'analyse présentée dans cette thèse se concentre sur l'étude des désintégrations B0 -> K*0 gamma, Bs0 -> phi gamma et Bs0 -> K*0 gamma. Les événements utilisés sont ceux où le photon s'est converti en une paire électron-positron par interaction avec le détecteur afin de bénéficier de la bonne résolution sur l'impulsion des traces chargées des trajectographes de LHCb. Les mesures du rapport des rapports d'embranchement des désintégrations B0 -> K*0 gamma et Bs0 -> phi gamma ainsi que de l'asymétrie de CP directe dans le processus B0 -> K*0 gamma sont réalisées. La bonne résolution obtenue sur la masse du méson B0 a permis de déterminer une première limite supérieure au rapport d'embranchement de la désintégration supprimée de Cabbibo Bs0 -> K*0 gamma. / The purpose of the work presented in this thesis is to study the radiative decays of B mesons. These processes correspond to the decay of a b-quark into a s-quark through the weak interaction with a photon in the final state. This kind of decay is not allowed at tree level in the quantum field theory but only through virtual loops. These processes have small branching fractions of the order of 10^{-5}. The study of these decays with the LHCb detector provides precise measurements of related observable such as branching fractions, CP asymmetries or angular variables such as the photon polarisation. These results can be compared with the theoretical prediction of the Standard Model of Particle Physics. Therefore, it is possible to test this model and to constrain the existence of new physics behind the Standard Model. The analysis presented in this thesis focuses on the B0 → K*0 gamma, Bs0 → phi gamma and Bs0 → K*0 gamma decays. Only events where the photon has converted into a dielectron pair by interacting with the detector are used. This allows to take advantage of the good resolution on the charged tracks momentum obtained with the LHCb's tracking system. The measurements of the ratio of branching fractions of the B0 → K*0 gamma and Bs0 → phi gamma decays and of the direct CP asymmetry in the B0 → K*0 gamma process are performed. The good resolution obtained on the B meson mass allows to set the first upper limit on the branching ratio of the Cabbibo suppressed Bs0 → K*0 gamma decay.

Malgré un succès expérimental incontestable, le Modèle standard (MS) de la physique des particules laisse de nombreuses questions fondamentales sans réponse, comme le problème de hiérarchie et l’origine de la matière noire, motivant l’étude de la « nouvelle physique ». Le Modèle Standard Supersymétrique Non-Minimal (MSSNM) est une extension très intéressante du MS répondant à ces deux problèmes. Il comprend une riche phénoménologie, en principe accessible au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). En particulier, son secteur de Higgs est étendu par rapport au MS, générant six scalaires. Le but de cette thèse est d’étudier le potentiel de découverte de ces bosons de Higgs supplémentaires au LHC. Après une introduction du MSSNM et de ses motivations, nous étudions d’abord les perspectives de découverte d’un scalaire, plus léger que la résonance à 125 GeV mise en évidence au CERN, en passant en revue ses possibles modes de production et de détection dans les phases à venir du LHC, et ses possibles impacts sur les couplages du boson de Higgs du MS. Ensuite, les perspectives de recherche via les cascades de Higgs, impliquant des bosons de Higgs supplémentaires légers et lourds, est présentée. Des études détaillées au moyen de méthodes Monte-Carlo ont été réalisées, et de nouvelles analyses dédiées sont présentées. Ces derniers résultats ne sont pas restreints au MSSNM, et peuvent être interprétés dans une large classe de modèles. / Despite its incontestable experimental success, the Standard Model of particle physics leaves unanswered many fundamental questions like the hierarchy problem and the origin of dark matter, motivating the study of physics beyond its scope. The NMSSM is a well-motivated extension of the SM addressing these two issues. It features a rich phenomenology accessible, in principle, at the LHC. In particular, the Higgs sector of the NMSSM is extended with respect to the SM giving rise to six scalars. It is the aim of this thesis to study the discovery potential of these extra Higgs bosons at the LHC. After introducing the NMSSM and its motivation, we first study the discovery prospects for a scalar lighter than the 125 GeV resonance found at CERN, reviewing its possible production and detection at the upcoming runs of the LHC and its possible impact on couplings of the Standard Model Higgs boson. Next, prospects for searches via Higgs cascades involving extra light and heavy Higgs bosons are presented. Detailed studies by means of Monte Carlo methods are performed, and new dedicated analysis are proposed. These last results are not confined to the NMSSM and can be interpreted in a wide class of models.

Le Large Hadron Collider (LHC) fonctionne à une énergie dans le centre-de-masse de 13 TeV, atteignant ainsi des énergies bien au-dessus de l'échelle électrofaible. Pour la première fois, des particules lourdes sont produites dans le régime boosté, c'est-à-dire avec une impulsion transverse beaucoup plus grand que leur masse. Leur produits de désintégration hadronique sont collimatés et finisseent par être regroupé dans un seul jet. Dans cette situation, il n'est pas facile de discriminer le signal des particules lourdes du bruit de fond formé par des jets originés par les partons, il faut examiner la dynamique interne du jet avec des techniques de sous-structure des jets. Les outils de la sous-structure de jet sont divisés en trois catégories : « Jet shapes » qui contraient la radiation des gluons mous dans le jet ; « Taggers » qui cherchent plusieurs cœurs d'énergie dans le jet, une situation plus courant dans les jets de signaux que dans les jets QCD ; et les « Groomers » qui éliminent la radiation molle et à grand angle dans le jet, souvent dominés par l'événement sous-jacent.Dans cette thèse, on propose une approche analytique qui nous permet de comprendre les sources des différences de performance entre les méthodes. On utilise des techniques de resommation à tous les ordres en théorie des perturbations, pertinentes pour les régimes bostés où l'échelle de masse et de l'impulsion transverse sont largement séparées. On motive le besoin de resommation et on introduit les éléments de base qui sont utilisés tout au long de la thèse. Cette thèse se concentre sur les jets à deux cœurs, comment les bosons W/Z/H.Premièrement, on explore comment un tagger spécifique, le Y-splitter, peut être combiné avec une variété de techniques de grooming : le MassDrop Tagger (mMDT), trimming et SoftDrop. Selon des études Monte Carlo, cette combinaison augmente la performance du Y-splitter. On explique l’origine de se comportement par des calculs théoriques et étudie l'impact des effets non-perturbatives. On présente également des variantes améliorées de la méthode Y-Splitter originale.Ensuite, on étudie l'utilisation des jet shapes comment une variable discriminante entre les désintégrations hadroniques à deux cœurs des bosons électrofaibles et le bruit de fond des jets QCD. On calcule analytiquement la distribution de masse avec une coupure sur la variable jet shape. On considère 3 shapes couramment utilisées : N-subjettiness, « Energy Correlation functions » et le paramètre MassDrop. Nos résultats expliquent la différence entre les performances des différentes méthodes. On compare également nos résultats aux générateurs de Monte Carlo et on étudie l'impact des effets non-perturbatifs.Notre étude suivant examine la combinaison des techniques de grooming/tagging avec des jet shapes, en particulier le N-subjettiness. On propose le rapport dichroïque de N-subjettiness, où on utilise un gros jet (avec ou sans pre-grooming) pour calculer tau ₂ et un jet plus petit, avec tagging pour tau₁. Cette version donne une performance améliorée par rapport aux versions utilisées actuellement par les expériences, tout en maintenant les effets non-perturbatifs sous contrôle.Enfin, on effectue une étude phénoménologique de la distribution de masse des jets avec mMDT. Ceci est actuellement mesurée par des expériences au LHC. Nos prédictions théoriques prennent en compte les logarithmes dominants du rapport de la masse de jet sur l'impulsion transverse et on fait le « matching » avec les éléments de matrice à ordre fixe calculés au NLO. On discute deux options possibles, selon que les distributions sont mesurées dans des bins de l'impulsion transverse avant ou après le mMDT. / The Large Hadron Collider (LHC) is running at a center-of-mass energy of 13 TeV, thus reaching energies far above the electroweak scale. For the first time, heavy particles are produced in the boosted regime, i.e. with transverse momentum much larger than their mass. Their hadronic decay products are collimated and end up being clustered into a single jet. In this situation is not easy to discriminate the heavy particle signal from the background, formed by jets originated from QCD partons, so one has to examine the internal dynamics of the jet using jet substructure techniques. Jet substructure tools are divided in three main categories: Jet shapes, which constrain soft-gluon radiation inside jets; Taggers which look for multiple hard cores inside the jet, a situation more common in signal jets than in QCD jets; and Groomers which clean the fat jets of soft-and-large-angle radiation, often dominated by the underlying event.This thesis proposes an analytical approach which allows us to understand the sources of performance differences between methods. We will use all-order resummation techniques, relevant for the boosted regime where the mass and transverse-momentum scale are widely separated. We motivate the need for resummation and introduce the basic elements (building blocks) that are used throughout the thesis. In this thesis, we focus on two-pronged jets, like W/Z/H decays.We first study how a specific tagger, namely Y-splitter, can be combined with a variety of grooming techniques: the modified MassDrop Tagger (mMDT), trimming and SoftDrop. It is known from Monte Carlo studies that such combination increases the Y-splitter performance. We study the origin of this behaviour from a theoretical point of view and the impact of non-perturbative effects. We also introduce improved variants of the original Y-splitter method.Next, we study the use jet shapes as a discriminant variable between two-pronged hadronic decays of electroweak bosons and the QCD jets background. We compute analytically the jet mass distribution with an additional cut on the jet shape variable. We obtain results for 3 common shapes: N-subjettiness, Energy Correlation function and MassDrop parameter. Our results explain differences in discriminating power between the shapes. We also compare our results to Monte Carlo generators and study the impact of non-perturbative effects.Our next study investigates the combination of grooming/tagging techniques with jet shapes, in particular N-subjettiness. In this work, we propose the dichroic N-subjettiness ratio, where we use a large jet (with or without a pre-grooming step) for calculating tau ₂ and a smaller, tagged subjet for tau₁. This observable gives an enhanced performance compared to the variants currently used in experimental analyses, while keeping non-perturbative effects under control.Finally, we perform a phenomenological study of the jet mass distribution after applying the mMDT. This is currently being measured by LHC experiments. Our theoretical predictions account for the resummation of the leading-logarithm of the ratio of the jet mass over the jet transverse momentum and it is matched to fixed-order matrix elements computed at next-to-leading order. We discuss two options according to whether the distributions are measured in bins of the jet transverse momentum before or after the mMDT.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les détecteurs NEMO-3 et SuperNEMO ont été conçus pour la recherche de décroissance double bêta sans émission de neutrinos. Ces détecteurs fournissent une approche unique dans la recherche des événements double bêta en combinant des mesures à la fois de trajectoires, de temps de vol et d'énergie. De plus, grâce à la séparation de la source double bêta du reste du système de détection, les détecteurs NEMO ont la possibilité d'étudier plusieurs isotopes double bêta avec une forte réjection du bruit de fond.Cette thèse présente plusieurs études réalisées dans le cadre de l'optimisation et la préparation du détecteur SuperNEMO, successeur de NEMO-3. La première concerne l'optimisation des performances du détecteur en fonction de la configuration mécanique de ses feuilles sources. La conclusion de cette étude est que les deux configurations considérées sont équivalentes. La seconde étude s'intéresse à l'un des principaux bruits de fond que constitue le radon dans la recherche des désintégrations double bêta. Cette étude a été concrétisée par le développement et l'implémentation d'un algorithme permettant l'identification et la mesure des événements provenant de ce bruit de fond. Le deuxième volet de cette thèse rapporte l'analyse des données de NEMO-3 pour rechercher les décroissances double bêta avec et sans émission de neutrino du Cd-116 vers les états excités du Sn-116. Ces décroissances n'ont jamais été observées à ce jour, et les limites obtenus sur les états excités (2+) et (0+) sont les premières utilisant le détecteur NEMO-3. / The NEMO-3 and SuperNEMO detectors have been designed to search for neutrinoless double beta decays. These detectors provide a unique approach combining a calorimetric and a tracking measurement of double beta events emitted by a separated isotopic source. This approach allows to search for neutrinoless double beta decays among several isotopes with good background rejection. This thesis presents many studies performed for the optimisation and the preparation of the SuperNEMO detector, successor of NEMO-3. The first study concerns the optimisation of the detector performances with respect to the design of the source foil. The conclusion of this study is that the two configurations considered are equivalent. The second study focuses on the radon which constitutes one of the main background to the search for double beta decays. In this study an algorithm has been developed and implemented to search for the alpha particle allowing the identification and the measurement of the radon events. The thesis is completed by an analysis of the NEMO-3 data to search for the double beta decay of Cd-116 via the excited state of Sn-116. These decays have never been observed up to date and the limits set on the excited states (2+) and (0+) are the first using the NEMO-3 detector.

La thèse est consacrée à l’étude de la diffraction en utilisant le détecteur ATLAS auprès du LHC. Après Une courte introduction à la physique diffractive incluant la diffraction « dure » et « molle », nous présentons la production diffractive exclusive qui est particulièrement intéressante pour produire des jets et le boson de Higgs. Le mécanisme décrit par le formalisme de Khoze Martin et Ryskin et celui de CHIDe sont décrits en détail. Les sources d’incertitude dans la description théorique sont encore importantes et une nouvelle mesure de la section efficace de production exclusive de jets au LHC permettra de réduire l’incertitude de la production diffractive de boson de Higgs à un facteur 2 à trois. La mesure de la production exclusive de pions pp ! p_+_−p permet de contraindre les modèles de manière plus précise en utilisant les détecteurs ALFA, qui sont utilisés dans l’expérience ATLAS pour la détection de protons diffusés dans les interactions élastiques et diffractives. Les détecteurs AFP décrits dans la dernière partie de la thèse, mesurant les protons dispersés après interaction diffractive sont présentés. Ils permettent d’étendre le programme de physique d’ATLAS, avec en particulier, la production centrale diffractive de boson W, ce qui rend possible une meilleure compréhension de la nature des échanges diffractifs. / The thesis is devoted to the study of diffractive physics with the ATLAS detector at the LHC. After a short introduction to diffractive physics including soft and hard diffraction, we discuss diffractive exclusive production at the LHC whichis particularly interesting for Higgs and jet production. The QCD mechanism described by the Khoze Martin Ryskin and the CHIDe models are elucidated in detail. The uncertainties on these models are still large and a new possible exclusive jetmeasurement at the LHC will allow to reduce the uncertainty on diffarctive Higgs boson production to a factor 2 to 3. An additional measurement of exclusive pion production pp ! p_+_−p allows to constrain further exclusive model relying on theuse of the ALFA stations, which are used in the ATLAS Experiment for detection of protons scattered in elastic and diffractive interactions. In the last part of the thesis, the AFP detectors, aiming at measuring the protons scattered in diffractive interactions, are presented. They allow to extend substantially the ATLAS physics programme. In particular, the study of the central diffractive W boson production process makes possible a better determination of the nature of diffractive exchanges.

Face à la nature inconnue de l'énergie noire et de la matière noire, des modèles à champ scalaire léger ont été proposés pour expliquer l'accélération tardive de l'expansion de l'Univers et l'apparente abondance de matière non baryonique dans l'Univers. Dans une première partie, cette thèse confronte de la façon la plus précise possible les données de cosmologie les plus récentes au modèle du Galiléon, une théorie de gravité modifiée possédant des propriétés théoriques particulièrement intéressantes. Des contraintes observationnelles sur les paramètres du modèle sont dérivées en utilisant les dernières mesures liées aux distances cosmologiques et à la croissance des grandes structures de l'Univers. Un bon accord est observé entre les données et les prédictions théoriques, faisant du Galiléon un modèle alternatif compétitif avec celui de la constante cosmologique. Dans une seconde partie, la production de Branons, particules scalaires candidates au statut de matière noire venant d'une théorie de dimensions supplémentaires, est recherchée dans les collisions proton-proton enregistrées en 2012 par l'expérience Compact Muon Solenoid auprès du Grand Collisionneur de Hadrons. Des événements présentant un photon et de l'énergie transverse manquante dans l'état final sont sélectionnés dans les données et comparés aux estimations des bruits de fonds attendus. Aucun excès d'événements n'étant observé, des limites expérimentales sur les paramètres de la théorie du Branon sont calculées. Elles sont les plus contraignantes à ce jour. Cette thèse se conclut par des arguments pour une description unifiée des deux modèles étudiés, dans le cadre des théories de dimensions supplémentaires. / The nature of dark energy and dark matter is still unknown today. Light scalar field models have been proposed to explain the late-time accelerated expansion of the Universe and the apparent abundance of non-baryonic matter. In the first part of this thesis, the Galileon theory, a well-posed modified gravity theory preserving the local gravitation thanks to the Vainshtein screening effect, is accurately tested against recent cosmological data. Observational constraints are derived on the model parameters using cosmological distance and growth rate of structure measurements. A good agreement is observed between data and theory predictions. The Galileon theory appears therefore as a promising alternative to the cosmological constant scenario. In the second part, the dark matter question is explored through an extra-dimension theory containing massive and stable scalar fields called Branons. Branon production is searched for in the proton-proton collisions that were collected by the Compact Muon Solenoid experiment in 2012 at the Large Hadron Collider. Events with a single photon and transverse missing energy are selected in this data set and compared to the Standard Model and instrumental background estimates. No signature of new physics is observed, so experimental limits on the Branon model parameters are derived. This thesis concludes with some ideas to reach an unified description of both models in the frame of extra-dimension theories.

Nous introduisons un formalisme adéquat pour étudier les collisions hadroniques dans la limite de haute énergie en chromodynamique quantique (QCD), et la transition vers le régime de saturation. Dans ce formalisme, nous redérivons les résultats connus nécessaires pour présenter nos recherches personnelles, et nous calculons différentes sections efficaces dans le contexte de la diffraction dure et de la production de particules. Nous étudions la transition vers le régime de saturation dans le cadre de l'équation BK; en particulier, nous dérivons certaines propriétés de ses solutions. Nous appliquons nos résultats à la diffusion profondément inélastique et nous montrons que, dans le domaine d'énergie du collisionneur HERA, les prédictions de la QCD à haute énergie sont en bon accord avec les données. Nous considérons aussi la production de jets dans les collisions hadroniques et discutons des possibilités de tester la saturation au LHC.