Il y a près de deux décennies, l'utilisation des modèles à dimensions supplémentaires pour résoudre le problème de hiérarchie des théories de jauge a reçu beaucoup d'attention, au travers d'élégantes propositions : des dimensions supplémentaires (DS) étendues et plates - le modèle d'Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali, ou ADD - ainsi que des DS courbées - le modèle de Randall-Sundrum, ou RS. Dans cette thèse, nous discutons plusieurs modèles inspirés de tels scénarios extra-dimensionnels. Pour commencer, nous introduisons des éléments-clés de la théorie des champs en cinq dimensions, et nous montrons comment de tels scénarios apportent une réponse au problème de hiérarchie. Ensuite, dans une première partie, nous adoptons une approche ``de bas en haut'' et étudions plusieurs modèles contenant des fermions vectoriels (FV), prédits génériquement dans les modèles de DS. Nous montrons qu'en ajoutant des quarks vectoriels (QV) au Modèle Standard (MS), on peut expliquer en même temps les anomalies (i) d'asymétrie avant-arrière des quarks b, mesurée au Large Electron-Positron collider (LEP) et (ii) de section efficace de production de tth mesurée au Large Hadron Collider (LHC). En utilisant des rapports de taux de désintégration du Higgs, nous estimons aussi la sensibilité du LHC amélioré, le LHC à haute luminosité, à la présence de QV. Puis nous considérons un modèle à deux doublets de Higgs (2HDM), accompagné de leptons vectoriels (LV) pour expliquer le mystérieux excès à 750 GeV observé au LHC fin 2015. Dans un modèle similaire, nous expliquons également l'abondance de matière sombre (MS) dans l'Univers, notre candidat pour la MS étant un LV neutre, stabilisé par une symétrie Z2 appropriée. Par la suite, dans une deuxième partie de la thèse, nous nous penchons sur le scénario plus concret des DS courbées dotées d'une symétrie custodiale dans l'espace cinq-dimensionnel, qui protège le modèle vis-à-vis de larges corrections électrofaibles. Dans ce cadre, nous interprétons tout d'abord la bosse à deux bosons observée à 2 TeV au LHC comme une superposition de bosons de jauge de Kaluza-Klein, produits en canal s. Dans un deuxième temps, nous étudions la phénoménologie du secteur scalaire du modèle susdit, qui mêle le Higgs et le radion. En particulier, nous estimons la sensibilité du LHC et d'un futur collisionneur électron-positron (l'International Linear Collider - ILC) à l'existence d'un radion, via la production de celui-ci en association avec un boson Z. / Almost two decades ago, the paradigm of extra-dimensional models addressing the gauge hierarchy problem attracted much attention through the elegant proposals of large, flat extra dimensions (EDs) - the Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali or ADD model - and warped EDs - the Randall-Sundrum or RS model. In this thesis, we discuss several models inspired from such extra-dimensional scenarios. We start by introducing some key elements of field theory in five space-time dimensions and showing how such scenarios provide a solution to the hierarchy problem. Afterwards, in a first part of this work, we adopt a bottom-up approach and study several models containing Vector-Like Fermions (VLFs), which are typically predicted in ED frameworks. We show how adding Vector-Like Quarks (VLQs) to the Standard Model (SM) allows one to simultaneously explain the anomalies in the (i) b-quark forward-backward asymmetry measured at the Large Electron-Positron collider (LEP) and (ii) the tth production cross section measured at the Large Hadron Collider (LHC). Using the so-called Higgs decay ratios, we also estimate the sensitivity of the upgraded LHC, the High-Luminosity LHC, to the presence of VLQs. Then, we consider a Two-Higgs Doublet Model (2HDM) extended with Vector-Like Leptons (VLLs) in order to fit the mysterious 750 GeV excess observed at LHC in late 2015. Within a similar model, we also explain the Dark Matter (DM) abundance in the Universe, our DM candidate being a neutral VLL, which is rendered stable by a suitable Z2 symmetry. Later on, in a second part of the thesis, we focus on the more concrete warped ED scenario endowed with a bulk custodial symmetry, which protects the model from large electroweak (EW) corrections. In this framework, we first interpret the 2 TeV diboson bump observed at LHC in 2015 as a superposition of Kaluza-Klein (KK) gauge bosons produced in the s-channel. Afterwards, we study the phenomenology of the mixed Higgs-radion scalar sector of the aforementioned model. In particular, we estimate the sensitivity of the LHC and of a future electron-positron collider (the International Linear Collider - ILC) to the existence of a radion via its production in association with a Z boson.

Ce travail de thèse a été effectué au sein de la collaboration ATLAS au LHC. Il s'intéresse dans un premier temps au développement de nouveaux détecteurs Micromegas pour le projet NSW, et dans un second temps à la recherche d'un processus physique très rare : la production de quatre quarks top au LHC, à une énergie dans le centre de masse de 13 TeV. Le programme de physique du LHC prévoit une augmentation significative de la luminosité de l'accélérateur dans les années à venir, en particulier pour la phase haute-luminosité dont le démarrage est prévu en 2026. Certains composants du détecteur ATLAS doivent être mis à jour, notamment les petites roues du spectromètre à muons qui vont devoir supporter une irradiation bien supérieure au niveau actuel. De nouvelles petites roues (NSW) sont en cours de développement et une partie des détecteurs Micromegas pour ces petites roues est construite par l'IRFU. Les performances de ces détecteurs sont validées sur un banc de test utilisant des muons cosmiques. Dans cette thèse, l'objectif a été de développer un code d'analyse des données de ce nouveau banc de test afin de caractériser les détecteurs Micromegas pour le projet NSW. Le code fournit notamment des informations de gain et d'efficacité de détection, et sera utilisé jusqu'à la fin du projet. Les efficacités mesurées sont globalement en accord avec les attentes sauf sur certaines parties des détecteurs qui doivent être investiguées. Le quark top est un élément central de plusieurs théories au-delà du modèle standard, comme par exemple les modèles avec des dimensions supplémentaires, ou encore qui incluent une modification du secteur du boson de Higgs. Certains de ces modèles prédisent une augmentation de la section efficace de production de quatre quarks top qui est un phénomène très rare dans le modèle standard et dont la section efficace ne vaut qu'environ 12 fb à 13 TeV. L'étude du processus à quatre tops dans le canal à deux leptons de même charge électrique est particulièrement intéressante car le niveau de bruit de fond y est très faible. Ce travail de thèse s'intéresse d'abord à l'analyse des événements à quatre tops avec le détecteur ATLAS, portant sur les données prises en 2015 et 2016. L'étude de ce processus est un défi de par le faible nombre d'événements disponibles, mais aussi à cause du bruit de fond dû aux faux leptons qui est difficile à estimer. Plusieurs limites sont posées sur des modèles de nouvelle physique, et sur la production conforme au modèle standard. Cette dernière limite est combinée avec un résultat provenant du canal à un lepton pour fournir la meilleure limite au moment de sa publication. Le processus de production de quatre quarks top conforme au modèle standard est à nouveau étudié avec l'entièreté des données prises entre 2015 et 2018, dans le but d'en effectuer une première observation. L'analyse de données est en cours, et cette thèse se concentre sur le développement d'une nouvelle méthode d'estimation du bruit de fond dû aux faux leptons. / This doctoral work was carried out as a member of the ATLAS collaboration at the LHC, an accelerator with a center-of-mass energy of 13 TeV. The development of new Micromegas detectors for the NSW project has been studied, along with the search for a very rare physics process : the production of four top quarks at the LHC, at a center-of-mass energy of 13 TeV. The physics programme of the LHC plans a significant increase of the luminosity in the coming years, especially for the high-luminosity phase beginning in 2026. Some parts of the ATLAS detectors must be upgraded to cope with the increased radiation levels. The small wheels of the muon spectrometer will be replaced by new small wheels (NSW) using Micromegas detectors. IRFU is responsible for producing some of the detectors, which performances are being validated on a test bench using cosmic muons. During this doctoral work, the aim was to develop an analysis code for the test bench data, in order to characterize the Micromegas detectors of the NSW project. The code provides gain and detection efficiency informations, and will be used until the end of the project. The measured efficiencies are in agreement with the expectations except in some parts of the detectors that are being investigated. The top quark plays a central role in many theories beyond the standard model, for instance in models with extra dimensions, or with a modification of the Higgs boson sector. Many of these models predict an enhanced cross section for the very rare four top quark process, which is predicted to be approximately 12 fb at 13 TeV. The study of the four top quark process is particularly interesting in the channel with leptons having the same electric charge because of the very low background level. This doctoral work is firstly carried out on the data taken in 2015 and 2016 by the ATLAS detector, in order to study the four top quark process and some new physics models. This process is very challenging given the very low number of events, and the difficult estimation of the fake lepton background. Several limits are set on new physics models and on the standard model four top quark production. The results on the standard model process are combined with the results from the single lepton channel to set the tightest limit at the time of its publication. The four top quark production is being studied again, using the data taken from 2015 to 2018 this time, with the aim of making a first observation of this process. The doctoral work is focused on a new method for estimating the fake lepton background.

This project has investigated the muon background of the SHiP experiment to determine whether it can boost the experiment sensitivity to visible Dark Photon decay. Using Fermi-Weizsäcker-Williams approximation to muon scattering we found the probability of muons generating massive photons, using Bremsstrahlung and direct lepton pair production as an estimation of the frequency of muon EM-interactions. In this work we only considered muons with momenta above 10 GeV/c. The number of visible Dark Photon decays was calculated for a range of the coupling constant and photon mass. The resulting range that promised visible decay has already been excluded by previous experiments, but the method could be used to further investigate enhanced production of Dark Photons from muons and electrons, and possibly also production of Axion-like particles. The work could also be used to estimate sensitivities of other experiments using muons.

Cette thèse a pour but l'étude de théories diverses, toutefois interconnectées, décrivant la nouvelle physique au-delà du modèle standard de la physique des particules. Ces sont des théories d'un nouveau type de particules, les axions, d'un nouveau principe de symétrie, la supersymétrie, et d'une nouvelle description des degrés de liberté fondamentaux, la théorie des cordes. Les progrès instrumentaux et théoriques constamment fait au fil des ans ont confirmé que ces théories sont des candidates privilégiées pour une description de la physique au-delà du modèle standard.Les axions sont d'abord examinés et étudiés d'un point de vue phénoménologique: nous présentons des modèles qui désenchevêtrent les différentes échelles qui décrivent l'espace des paramètres des modèles d'axions, et nous discutons les axions présents dans des modèles de saveur. Inspirés par les recherches autour du swampland, nous nous imposons l'utilisation de symétries de jauge, et non globales, en tant que point de départ pour la construction de modèles.Notre intérêt se porte ensuite sur la supersymétrie. Nous étudions sa brisure, à la fois dans des modèles explicites dans l'ultraviolet qui génèrent une échelle de brisure de supersymétrie basse à partir de matière à haute échelle, et au niveau des théories effectives à l'aide de la supersymétrie non-linéaire. En ce qui concerne ce dernier thème, nous nous restreignons à l'approche des superchamps contraints. Enfin, nous présentons des solutions classiques exactes d'un modèle supersymétrique dont la portée est grande, le modèle de Wess-Zumino d'un superchamp chiral.Finalement, nous nous intéressons à la théorie des cordes. Nous calculons des spectres de cordes en guise d'illustration de la structure de la théorie et de point de départ pour le calcul d'amplitudes du vide à une boucle. Celles-ci nous permettent de tester l'une des conjectures du swampland, qui désigne la gravité comme la plus faible des forces, dans une configuration de théorie des cordes où la supersymétrie est brisée. Enfin, les axions en théorie des cordes sont analysés, en particulier lorsqu'ils sont chargés sous une symétrie de jauge abélienne anormale. / The aim of this thesis is to study various but interconnected theories for new physics beyond the standard model of particle physics. Those are theories of a new kind of particles, axions, a new symmetry principle, supersymmetry, and a new description of fundamental degrees of freedom, string theory. Constant instrumental and theoretical progresses made over the years maintain those already old subjects as leading BSM candidates.Axions are first reviewed and studied from a phenomenological perspective: we present models which disentangle the different scales which define the axion parameter space, and we discuss axions which arise in models of flavour physics. Motivated by swampland considerations, we insist on using gauge, and not global, symmetries as model building inputs.The focus then shifts to supersymmetry. We study its breaking, both in explicit ultraviolet models which generate a low supersymmetry breaking scale from high-scale matter, and at the effective field theory level using non-linearly realized supersymmetry. In our study of the latter topic, we focus on the constrained superfield approach. Finally, we present exact classical solutions of a supersymmetric model with broad application scope, the Wess-Zumino model of a chiral superfield.Last, we discuss string theory. We compute string spectra as illustrations of the structure of the theory and as starting points to compute one-loop vacuum amplitudes. Those are used to understand supersymmetry breaking in string theory, as well as brane interactions. Then, the latter enable us to test one of the swampland criteria, the weak gravity conjecture, in a string theory setup with broken supersymmetry. Finally, axions in string theory are scrutinized, in particular when they are charged under an anomalous abelian factor of the gauge group.

Cette thèse présente une analyse de données collectées par le détecteur CMS, dont le but est la recherche de nouvelle physique dans des états finaux qui violent la conservation de la saveur leptonique. Elle commence avec une discussion du Modèle Standard de la physique des particules, en insistant sur la conservation de la saveur leptonique dans ce modèle, et sur la violation de cette conservation qui découle d’un grand nombre de modifications du Modèle Standard. Les problèmes non résolus en physique des particules sont présentés, ainsi que certains des modèles de nouvelle physique qui y répondent, et qui impliquent une violation de la conservation de la saveur leptonique. Nous discutons notamment la supersymétrie avec violation de la R-parité, des modèles avec des dimensions supplémentaires, et des modèles avec une symétrie de jauge U(1) supplémentaire. Ensuite, le LHC, le détecteur CMS, son système de déclenchement et son logiciel de reconstruction des événements sont tous décrits en détail. Les données analysées correspondent à une luminosité intégrée de 137 /fb collectée par CMS pendant trois années du Run 2 du LHC (2016-18), à une énergie du centre de masse √s = 13 TeV. La stratégie d’estimation du bruit de fond est de simuler tous les processus avec de vrais leptons dans l’état final, mais des méthodes basées sur les données sont utilisées pour les principaux bruits de fond où les leptons sont en fait des particules mal identifiées. Des facteurs de correction sont appliqués aux simulations afin de tenir compte d’effets expérimentaux et de calculs théoriques plus précis. Les données s’avèrent être compatibles avec les estimations du bruit de fond, en tenant compte des incertitudes, et une analyse statistique est faite afin d’exclure des modèles de nouvelle physique à un niveau de confiance de 95 %. Pour le modèle de référence, un boson Z’ avec des désintégrations qui ne conservent pas la saveur leptonique, les limites inférieures sur la masse de la résonance sont respectivement 5.0 TeV, 4.2 TeV et 4.1 TeV pour les états finaux eμ,eτ et μτ .C’est la première analyse CMS de ce genre dans les états finaux eτ et μτ ,et dans tous les canaux les résultats sont des améliorations considérables par rapport aux meilleurs résultats précédents. / This thesis presents a novel search for new physics in lepton flavor violating final states, using the CMS detector. There is first a discussion of the Standard Model of particle physics, with a particular emphasis on the issue of lepton flavor conservation, and how often that conservation is violated when generic modifications of the Standard Model are performed. The questions left unanswered by the Standard Model are presented, as well as some new physics models which resolve them, and in so doing imply the existence of processes violating charged lepton flavor conservation. R-parity violating supersymmetry, models with large extra dimensions,and models with an extra U(1) gauge symmetry are discussed. The Large Hadron Collider, the CMS detector, its trigger system and event reconstruction software are all described in detail. The data used for the analysis corresponds to an integrated luminosity of 137 /fb collected by CMS during three years of LHC Run 2 (2016-18), at a center-of-mass energy √s = 13 TeV. The background estimation strategy is to use simulations for all processes with real leptons, while large-yield processes with misidentified leptons are estimated with data-driven methods. The simulations are corrected by scale factors accounting for experimental calibration and more precise theoretical calculations. After comparing the observed data and the expected background, no evidence of new physics is found, and a statistical analysis is performed to exclude new physics models at the 95 % confidence level. For the benchmark lepton flavor violating Z’ model, the lower limit in the eμ (respectively eτ ,μτ ) final state on the resonance mass is 5.0 TeV (resp. 4.2 TeV, 4.1 TeV). Such an analysis had never been performed in the tau channels with the CMS detector, and in all channels these results considerably improve on the previous state-of-the-art results. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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In this thesis, we review the basics of phenomenology in particle physics at neutrino beam dump experiments and hadron colliders. We then consider the phenomenology of various new particles, with masses between 1 MeV and 1 TeV, at the intensity and energy frontiers. We perform sensitivity analyses for physics beyond the standard model at particle colliders (LEP and LHC) and a number of past and future neutrino beam dump experiments (SHiP, DUNE, LSND, MicroBooNE, MiniBooNE and SBND). In particular, we motivate searches for new heavy neutral leptons in single photon events at neutrino and collider experiments (and also via supernova cooling), millicharged particles in single electron events at neutrino experiments, lepton flavor violating scalars via standard model induced mixed flavor neutrino trident production at neutrino experiments, and colored scalar doublets at colliders in events with many jets, soft leptons and low missing energy. In the process, we set novel new bounds on the parameters of these theories and propose powerful new searches that can be performed. We also motivate the construction of a new detector at the LHC called milliQan, and perform a full Geant4 simulation to calculate its projected sensitivity for millicharged particles. The milliQan experiment has since been approved and is currently undergoing construction. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / In this thesis, we review the basics of particle physics at neutrino experiments and particle colliders. We then motivate and develop key searches that can be performed to look for new particles at a series of existing and future experiments. We focus on new particles with masses between the electron mass and 1000 times the proton mass. The many searches we consider involve looking for processes that produce a single ray of light, a single electron, a pair of oppositely charged "electron-like" events, new collider signatures, and/or modifications of star explosions. In the process, we set novel new bounds on many theories. We also motivate the construction of a new detector at the Large Hadron Collider called milliQan, and perform a full simulation to assess its future performance. The milliQan experiment has since been approved and is currently undergoing construction.

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Through a critical examination of the works of Tom Robbins, this thesis interrogates the historical evolution and appropriation of the magic(al) realist tradition. In so doing, it situates Robbins’ writing within the framework of postmodernism, and explores the ontological implications inherent in Robbins’ use of magic(al) realist concepts and conventions. With a specific emphasis on the notion of cultural consciousness, this thesis analyzes the object- oriented cosmologies embodied and espoused in three of Robbins’ novels: Still Life with Woodpecker (1980), Skinny Legs and All (1990), and B is for Beer (2009). It unpacks the ideological figuration of various textual devices evident in Another Roadside Attraction (1971) and Even Cowgirls Get the Blues (1976) – particularly the gendered use of unreliable narrators – and, with reference to Jitterbug Perfume (1984), relates Robbins’ appropriation of the magic(al) realist tradition to the American counterculture movement of the 1960s and 70s. Employing poststructuralist, feminist, ecofeminist, and postcolonial discourses, this thesis ultimately seeks to position Robbins’ writing within the context of a radical emancipatory politics that views (and uses) literature as an ideological space in which to challenge, reinterpret, and democratize Western metanarratives.

One of the dominant backgrounds in new physics searches at the Large Hadron Collider comes from the leptonic decays of Standard Model W and Z bosons recoiling off jets associated with the underlying event. The ratio of the W+jets and Z+jets cross sections, Rn, is predicted with high precision due to the similar masses and production mechanisms of the W and Z bosons. Any significant departures of Rn from predicted values would be an indication of new physics. This thesis studies a strategy to enhance the sensitivity of Rn to a specific type of signal. A measurement of the ratio Rn is presented, and its sensitivity to pair production of top quarks and leptoquarks is studied. Using a set of topology-discriminating variables, based upon calorimeter topoclusters, the sensitivity of Rn to top quark and leptoquark signals is enhanced using multivariate analysis techniques. / Graduate