Plusieurs observations montrent une asymétrie baryons-antibaryons dans l'Univers. La principale théorie expliquant cette asymétrie est la baryogenèse qui requiert les trois conditions de Sakharov : la non-conservation du nombre baryonique, la présence de violation CP et des interactions entre particules hors de l'équilibre thermique. La baryogenèse nécessite de considérer de la physique au-delà du Modèle Standard (MS), car le MS suppose généralement une asymétrie baryonique trop petite. La baryogenèse peut être obtenue à partir de la leptogenèse, la théorie équivalente pour les leptons. De nouvelles particules et interactions impliquant des leptons généreraient une asymétrie leptonique (AL) mesurable au LHC qui serait transférable au secteur baryonique. L'ajout de neutrinos de chiralité droite (RH) au MS est un choix naturel pour expliquer l'origine de la masse des neutrinos et l'existence d'une AL, et donc d'une asymétrie baryonique. Le projet aborde certains processus détectables au LHC impliquant la désintégration de bosons W en neutrinos RH. Ces processus peuvent violer le nombre leptonique et la symétrie CP. Des facteurs d'asymétrie CP sont calculés et permettent de mesurer des invariants CP. Les invariants CP dépendent des paramètres du modèle et quantifient la violation CP. Ces invariants CP apparaissent dans les équations de Boltzmann qui décrivent l'évolution de l'AL. La résolution de ces équations permet de calculer le ratio du nombre de baryons sur le nombre de photons dans l'Univers. L'identification des invariants CP qui décrivent l'AL permet de tester les modèles de la leptogenèse par la mesure de processus impliquant de la violation CP au LHC. Pour répondre à ces objectifs, un scénario de leptogenèse résonante a été testé. Les résultats obtenus montrent que les invariants CP nécessaires pour reproduire l'asymétrie baryonique sont trop petits pour être mesurés au LHC. De futures recherches pourraient s'intéresser à d'autres modèles menant à un signal observable au LHC.

Le modèle standard de la physique des particules décrit la matière constituée de particules élémentaires qui interagissent via les interactions fortes et électrofaibles. Le quark top est le quark le plus lourd décrit par ce modèle et a été découvert en 1995 par les collaborations CDF et DO dans les collisions proton-antipronton du Tevatron. Cette thèse est consacrée à la mesure de la section efficace de production de paire de quarks top par interaction forte, dans un état final contenant un lepton, un tau hadronique, deux jets de b et de l'énergie tranverse manquante. Cette analyse utilise les données collectées entre juillet 2006 et août 2007, soit une luminosité de 1,2 fb-1, qui sont combinées avec les données du Run IIa pour atteindre une luminosité de 2,2 fb-1. Une partie du travail de thèse fut consacrée au système de déclenchement du détecteur D0 et en particulier à l'identification des leptons taus au niveau 3 du système de déclenchement et aux déclenchements basés sur la présence de jets et d'énergie tranverse manquante. La problématique de la résolution en énergie des jets est également abordée, sous l'angle de l'intercalibration en eta du calorimètre hadronique et avec l'utilisation du détecteur de pied de gerbe central dans la définition de l'énergie des jets. La section efficace de production de paires de quark top obtenue est 7,32+1,34-1,24(stat)+1,20-1,06(syst)+-0,45(lumi)pb. Cette mesure est en accord avec les prédictions du modèle standard et permet de contraindre la présence de nouvelle physique, telle que l'existence d'un boson de Higgs plus léger que le quark top. Une limite d'exclusion a ainsi été obtenue dans le plan (tan beta,mH+-) et est présentée dans la dernière partie de ce manuscrit.

Le détecteur IceCube est constitué d'un réseau de modules optiques digitaux (DOMs) déployés sur un volume d'1 km³ dans la glace antarctique. Les DOMs enregistrent la lumière Cerenkov émise par les particules secondaires issues des interactions des neutrinos avec la glace. Selon la répartition géographique des signaux lumineux dans la glace, on peut différencier les différentes saveurs de leptons et ainsi identifier la saveur du neutrino primaire. Les modèles astrophysiques prédisent une production dominante de neutrinos électroniques et muoniques au sein d'accélérateurs cosmiques. Cependant, lors de leur propagation dans l'univers, ces neutrinos oscillent et on s'attend à observer sur Terre le même flux des trois saveurs de neutrinos. Comme la production de neutrinos tauiques dans l'atmosphère est négligeable, ce canal est affecté d'un bruit de fond intrinsèque quasi nul.<p><p>Ce travail porte sur la détection de neutrinos tauiques d'origine cosmique. A haute énergie (E>PeV), le lepton tau, produit par le neutrino tauique, se propage sur une centaine de mètres avant de se désintégrer. Nous optimisons notre recherche pour le canal de désintégration muonique qui, s'il se produit dans le volume de détection, présente une signature unique. En effet, les différences de masse du tau et du muon induisent des différences quant à leur processus de perte d'énergie qui mènent à une différence de luminosité le long des traces du tau et du muon. <p><p>Nous avons développé une observable originale reposant sur les charges enregistrées par les différents DOMs pour caractériser la luminosité le long d'une trace afin de différencier les traces de muons de celles de taus se désintégrant en muon .Cependant, au niveau de déclenchement du détecteur, on est confronté à un bruit de fond de muons atmosphèriques un million de fois supérieur au signal. Nous avons donc mis en place une série de coupures afin de réduire ce bruit de fond et ainsi augmenter la pureté de notre échantillon. <p><p>Enfin l'application de ces coupures sur un échantillon de données réelles enregistrées durant la saison 2009-2010 et l'absence de signal détecté permettent de poser une limite supérieure sur le flux de neutrinos tauiques. Ceci constitue la première limite expérimentale pour des neutrinos tauiques d'énergies inférieures à 20 PeV. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le détecteur Nemo3 a été conçu pour étudier la double désintégration bêta, et notamment, le processus sans émission de neutrino ( bb0v). Toutefois, la quantité de 100Mo présente dans le détecteur (7 kg) permet aussi une mesure compétitive de la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos ( bb2v) du 100Mo vers l'état excité 0+1 du 100Ru (canal eeNy). Ledit processus et les sources de bruit de fond attendues ont d'abord fait l'objet 'études par simulations Monte-Carlo, a n d'estimer ensuite leurs contributions respectives à l'ensemble des données expérimentales de Nemo3 (2003-2011). Celles-ci ont été analysées : la demi-vie du processus bb2v a pu être mesurée et une limite inférieure sur la demi-vie du processus bb0v établie. Par ailleurs, l'expérience SuperNEMO, successeur de Nemo3, vise à atteindre une sensibilité de 1026 années sur la demi-vie du processus bb0v. Aussi, la radiopureté des feuilles sources de SuperNEMO est soumise à des contraintes que ne permettent pas de mesurer les méthodes usuelles de spectrométrie y : 2 µBq.kg-1 en 208Tl et 10 µBq.kg-1 en 214Bi. C'est pourquoi un détecteur dédié, BiPo, a été développé pour mesurer les contaminations en 208Tl et en 214Bi des feuilles sources de SuperNEMO, par détection de la chaîne b-alpha de décroissance Bi->Po->Pb. Après avoir validé le principe de mesure, la contamination intrinsèque au détecteur a été mesurée. Extrapolée à un détecteur BiPo final de 3:6m2, ce dernier permettra de mesurer les contaminations des feuilles sources de SuperNEMO en 208Tl et en 214Bi, en six mois de mesure, avec la sensibilité requise.

Cette thèse a été réalisée dans le cadre du LHC (Large Hadron Collider). Le LHC produit des collisions proton-proton avec une énergie dans le centre de masse de 7 TeV au CERN depuis mars 2010. C'est le collisionneur doté de la plus grande énergie dans le centre de masse et de la plus grande intensité de faisceaux jamais construit ;ce qui permet de pouvoir rechercher des processus physiques très rares associés à des énergies encore jamais atteintes. L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), au LHC, est un détecteur généraliste pour de nombreuses études de physique. CMS va fournir un outil très précieux pour tester la physique à l'échelle du TeV. Il possède des caractéristiques qui en font un excellent détecteur pour la reconstruction et la mesure des leptons.<p><p>Le Modèle Standard de la physique des particules élementaires décrit les particules élementaires et trois des quatre interactions fondamentales (l'électromagnétisme, la force faible et la force forte). La volonté de décrire les quatre forces fondamentales en une seule et même théorie, ainsi que des insuffisances du Modèle Standard, ont mené les physiciens à élaborer de nouvelles approches théoriques. Plusieurs de ces théories prédisent l'existence de nouveaux bosons massifs, pouvant se désintégrer en une paire de leptons chargés. L'objet de cette thèse est la recherche de tels bosons massifs se désintégrant en une paire ee ou e-mu dans le détecteur CMS, en utilisant les données prises au LHC en 2010 (35 pb-1) et en 2011 (3.35 fb-1).<p><p>A priori, les canaux dileptoniques sont appropriés pour rechercher des signaux de nouvelle physique dans la phase de démarrage d'un collisionneur hadronique. Néanmoins, il est important de vérifier que la réponse du détecteur, décrite par les simulations détaillées de celui-ci, est conforme aux attentes. Ceci constitue une partie importante de ma thèse. <p><p>J'ai mis en évidence au cours de ce travail, au moyen de simulations par Monte Carlo, que le processus t-tbar contribuait de façon significative au bruit de fond pour les paires de leptons de même saveur, juste après le processus de Drell-Yan par ordre d'importance. Je me suis alors consacré à l'étude de ce bruit de fond et à la vérification des prédictions des simulations à partir des données. <p><p>J'ai mis en place une méthode originale de mesure du bruit de fond dileptonique, incluant le t-tbar, en exploitant le taux d'embranchement des processus dileptoniques en paires e-mu, deux fois plus important que le taux d'embranchement en paires de leptons de mêmes saveurs. Cette méthode, appelée la méthode e-mu, a permis de vérifier avec précision la prédiction des générateurs pour la simulation des processus dileptoniques dans le canal e-mu en 2010.<p> <p>Enfin, cette expertise m'a permis de rechercher une résonance dans le spectre de masse des paires e-mu en 2011 et de mettre des limites sur un modèle particulier à dimensions supplémentaires prédisant la coexistence de nouveaux bosons massifs dont certains se désintègrent sans conserver les nombres leptoniques. Pour ce modèle particulier, des limites supérieures à 95% C.L. sur les sections efficaces ont été placées respectivement à 1.37 x 10^{-3}, 1.33 x 10^{-3} et 1.32 x 10^{-3} pb pour des résonances de 1, 1.5 et 2 TeV. Pour un modèle généraliste de résonance Z' se désintégrant en une paire e-mu de charges opposées, des limites supérieures à 95% C.L. de 3.0, 3.0 et 3.0 événements ont aussi été placées pour les trois points de masse. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Big Bang Nucleosynthesis (BBN), together with the analyses of the Cosmic Microwave Background (CMB) anisotropies, confirm what our day to day experience of life attests :antimatter is far less present than matter in the Universe. In addition, these observables also permit to evaluate that there exists about one proton for every 10^{10} photons present in the Universe. This is in contradiction with expectations coming from the standard hot big bang, where no distinction between matter and antimatter is made, and where subsequent annihilations would lead to equal matter and antimatter contents, at a level 10^{−10} smaller than the observed one. The Standard Model of fundamental interactions fails to explain this result, leading us to search for ‘Beyond the Standard Model’ physics.<p><p>Among the possible mechanism which could be responsible for the creation of such a matter asymmetry, leptogenesis is particularly attractive because it only relies on the same ingredients previously introduced to generate neutrino masses. Unfortunatelly, this elegant proposal suffers from a major difficulty :it resists to any tentative of being probed by our low energy observables. In this thesis, we tackle the problem the other way around and propose a way to falsify this mechanism. Considering the type-I leptogenesis mechanism, i.e. a mechanism based on the asymmetric decay of right-handed neutrinos, in a left-right symmetric framework, we show that the observation of a right-handed gauge boson W_R at future colliders would rule out any possibility for such mechanism to be responsible of the matter asymmetry present in our Universe.<p><p>Another intriguing question that analyses of the anisotropies of the CMB confirmed is the presence of a non-baryonic component of matter in our Universe, i.e. the dark matter. As hinted by observations of galactic rotation curves, it should copiously be present in our galactic halo, but is notoriously difficult to detect directly. We can take advantage on the fact that antimatter almost disappeared from our surroundings to detect the contamination of cosmic rays from standard sources the annihilation products of dark matter would produce.<p><p>The second subject tackled in this work is the study of the imprints the Inert Doublet Modem (IDM) could leave in (charged) cosmic rays, namely positrons, antprotons and antideuterons. This model, first proposed to allow the Bout-Englert-Higgs particle to evade the Electroweak Precision Test (EWPT) measurements, introduces an additional scalar doublet which is inert in the sense that it does not couple directly to fermions. This latter property brings an additional virtue to this additional doublet :since it interacts weakly with particles, it can play the role of dark matter. This study will be done in the light of the data recently released by the PAMELA, ATIC and Fermi-GLAST collaborations, which reported e^± excesses in two different energy ranges. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished