Cette thèse présente la première mesure de la section efficace exclusive photon-photon-> di-leptons en collisions proton-proton à une énergie dans le centre de masse de 7 TeV dans l'expérience ATLAS au LHC. La mesure est réalisée avec toutes les données accumulées en 2011, pour une luminosité intégrée de 4.6/fb. La première partie de la thèse est dédiée à la description théorique de ce type d'interaction. Le calcul de l'amplitude de la réaction photon-photon-> di-leptons est bien connu dans le cadre du modèle standard de la physique des particules. Cependant, une complication apparaît au LHC avec la prise en compte des effets de taille finie du proton. Le calcul de cet effet est l'une de mes contributions personnelles. Il a donné lieu à une publication. La section efficace nominale est réduite d'environ 20% du fait de cet effet, ce qui n'est pas négligeable. La seconde partie de la thèse concerne la description des détecteurs de l'expérience ATLAS. J'y décris en particulier le travail que j'ai réalisé sur la simulation de certains de ces détecteurs, en particulier les détecteurs situés dans la ligne de vol des protons, qui permettent la mesure de la trajectoire de ces derniers. Enfin, la dernière partie de la thèse concerne la mesure expérimentale de la section efficace de la réaction photon-photon-> di-leptons en collisions proton-proton, comme mentionnée plus haut. Lorsque la paire de leptons est une paire de muons, on trouve que la section efficace exclusive est égale à 0.628 ± 0.032(stat) ± 0.021(syst) pb, pour le domaine cinématique suivant M(di-muons)>20 GeV, pT(muons)>10 GeV et |muons)<2.4. Lorsque la paire de leptons est une paire électron-positrons, nous avons obtenu une section efficace exclusive égale à 0.428 ± 0.035(stat) ± 0.018(syst) pb, pour M(ee)>24 GeV, pT(e)>12 GeV et |muons (e)|<2.4. De plus, ces mesures confirment que le facteur de réduction par rapport à la prédiction théorique nominale (sans prendre en compte les effets de taille finie du proton) est bien de 20% dans le domaine d'énergie de la mesure. Cette analyse a été publiée par la collaboration ATLAS. Une perspective pour cette mesure est de la réaliser à plus haute énergie avec les nouvelles données accumulées par l'expérience ATLAS à partir de 2015. De plus, une mesure directe de la trajectoire des protons pourrait aider à la sélection exclusive. / This thesis presents a first measurement of the exclusive cross section for the reaction photon-photon-> di-leptons in proton-proton collisions at center of mass energy of 7 TeV in the ATLAS experiment at the LHC. The measurement is realized with all data accumulated during the year 2011 with an integrated luminosity of 4.6/fb. The first part of the thesis is dedicated to the theoretical description of this kind of interactions. The calculus of the amplitude for the reaction photon-photon-> di-leptons is well known in the context of the standard model of particle physics. However, the situation at the LHC is more complex. It requires taking into account the finite size effects of the protons. The understanding of this effect and its evaluation is one of my personal contributions, which has been published. The nominal cross section is then reduced by about 20% following this effect, which is non negligible. The second part of the thesis concerns the description of the detectors of the ATLAS experiment. In particular, I describe the work I have realized on the simulation of some of these devices, mainly the detectors located in the direction of flight of the protons that allows a measurement of the trajectory of the scattered (intact) protons. Finally, the last part of the thesis is devoted to the experimental measurement of the cross section of the reaction photon-photon-> di-leptons in proton-proton collisions, as mentioned above. When the lepton pair is a pair of muons, we find an exclusive cross section of 0.628 ± 0.032(stat) ± 0.021(syst) pb, for the kinematical domain M(di-muons)>20 GeV, pT(muons)>10 GeV and |muons|<2.4. When the lepton pair is a pair of electrons (positrons), we have obtained an exclusive cross section of 0.428 ± 0.035(stat) ± 0.018(syst) pb, for M(ee)>24 GeV, pT(e)>12 GeV et |muons(e)|<2.4. Moreover, these measurements confirm that the reduction (suppression) factor with respect to the nominal theory prediction (without taking into account the finite size effect of the protons) is of the order of 20% in the energy domain of the measurement. A perspective for this work is to make the measurement at larger energy with the new data recorded by the ATLAS experiment since 2015. Moreover, a direct measurement of the trajectory of protons could help for the exclusive selection.

Le Large Hadron Collider (LHC) au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) fonctionne depuis 2009 à la frontière franco-suisse. Cet accélérateur de particules a produit des quantités importantes de collisions proton-proton, à des énergies dans le centre de masse de 7 TeV (2010 et 2011), et 8 TeV (depuis avril 2012). L'un des buts de l'expérience Compact Muon Solenoid (CMS), qui enregistre et analyse ces collisions, est la recherche de bosons de Higgs. Dans le cadre du Modèle Standard, cette particule serait le quantum du champ de Higgs, qui permet d'expliquer le mécanisme de brisure de symétrie électrofaible. Un canal parmi les plus sensibles pour la recherche d'un boson de Higgs léger (c'est-à-dire pour des masses du boson de Higgs entre 90GeV/c2 et 150GeV/c2) au LHC est la désintégration en deux photons. En effet, la production de deux photons isolés de haute énergie dans l'état final constitue un signal clair en milieu hadronique, malgré le faible rapport d'embranchement. De plus, à ces masses, la largeur du pic en masse invariante reconstruite est dominée par la résolution du détecteur. Une compréhension fine de l'objet photon, tel que reconstruit par l'expérience, est donc un pré requis obligatoire. La première partie de mes travaux de thèse porte sur l'étude des désintégrations radiatives Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ ces désintégrations sont la seule source de photons certifiés de haute pureté du Modèle Standard, pour laquelle l'impulsion transverse des photons est relativement proche de celle prévue pour des photons issus d'un boson de Higgs. L'étude de ces désintégrations a permis la détermination de l'échelle d'énergie différentielle des photons dans les données à 7 TeV. Elles ont également été utilisées dans les données à 8 TeV comme outil de validation des variables de forme de cluster pour les photons dans la simulation, ainsi que pour déterminer l'efficacité des critères de réjection des électrons. La deuxième partie de mes travaux de thèse traite de la recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons. Cette recherche est effectuée en plusieurs classes d'évènements pour améliorer la sensibilité, et l'étude de cette procédure de séparation en classes est présentée. Enfin, une analyse de faisabilité de recherche d'un boson de Higgs se désintégrant en deux photons, produit lors de la désintégration d'un quark vecteur lourd à 14 TeV a été effectuée / The Large Hadron Collider (LHC) at CERN (European Organisation for Nuclear Research) has been in operation since 2009 at the border between France and Switzerland. This particle accelerator has provided a significant quantity of proton-proton collisions, at center of mass energies of 7 TeV (2010 and 2011) and 8 TeV (since April 2012). One of the purposes of the Compact Muon Solenoid (CMS) experiment, which records and analyses those collisions, is the search for Higgs bosons. In the Standard Model, this particle would be the quantum of the Higgs field, thought to explain the electroweak symmetry-breaking mechanism. One of the most sensitive channels for the search for a light Higgs boson (i.e. for masses between 90 GeV=c2 and 150 GeV=c2) at the LHC is through its decay into two photons. Indeed, the production of two highly energetic and isolated photons in the final state is a clean signal in hadronic collisions, despite the small branching ratio. Moreover, at these masses, the width of the reconstructed invariant mass peak is dominated by the detector resolution. Hence, a precise understanding of the photon object as reconstructed by the experiment is required. The first part of the work presented here is the study of radiative decays Z$^0 \rightarrow \mu\mu\gamma$ these decays are the only Standard Model source of high purity certified photons, for which the transverse momentum of the photon is relatively similar to the one of the photons coming from a Higgs boson decay. The study of these decays enables the determination of the differential photon energy scale in the 7 TeV data. These decays have also been used in the 8 TeV data as a validation tool of photon cluster shape variables in the simulation, and also as a way to determine the electron rejection criteria efficiency. The second part of the work concerns the search for a Higgs boson decaying into two photons. This search is done in several event classes in order to increase the sensitivity of the analysis, the study of the class separation procedure is presented. Finally, a benchmark study for the search for a Higgs boson decaying into two photons via vector-like top-partner decays at 14 TeV has been performed

L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), construite sur l'anneau du LHC (Large Hadron Collider) a enregistré une quantité colossale de données provenant des collisions proton-proton de 2009 à 2012 à des énergies dans le centre de masse de 7 TeVet 8 TeV. Cette expérience est consacrée aux mesures de précision des paramètres du modèle standard, à l'étude du boson de Higgs ainsi qu'à la mise à l'épreuve de théories au-delà du modèle standard. Un certain nombre de ces théories prévoient l'existence de particules appelées leptoquarks, de nouveaux bosons se couplant à la fois aux leptons et au quarks. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation du Modèle Standard des particules et à une introduction théorique aux leptoquarks. La seconde présente brièvement le fonctionnement du LHC et de l'expérience CMS. La troisième partie est dédiée au travail effectué dans le groupe générateur de CMS au cours de la première année de ma thèse. Cette mission consistait principalement à générer et à valider massivement des évènements Monte-Carlo avec le logiciel Madgraph pour l'ensemble de la collaboration CMS. Enfin, la dernière partie porte sur l'analyse de données et la recherche de paires de leptoquarks scalaires de troisième génération. Trois canaux de désintégration des LQ sont envisagés : en quark top et lepton tau, en quark top et neutrino et enfin en quark top et muon. Cette étude est basée sur l'ensemble des données enregistrées par l 'expérience CMS au cours de l'année 2012. Ce qui représente une luminosité intégrée totale de 19,7 fb. Différentes sélections basées sur au moins un lepton et de nombreux jets sont examinées afin de définir les régions présentant les meilleures efficacités de signal par rapport au fond du Modèle Standard. Enfin, une optimisation des coupures sur des variables très discriminantes est réalisée afin d'obtenir les meilleures limites à 95% de confiance sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Aucun excès significatif par rapport aux prévisions du modèle standard n'a pu être mis en évidence ce qui a permis de poser des limites sur les sections efficaces de production des leptoquarks. Les leptoquarks de troisième génération sont exclus jusqu'à des masses de 320 GeV à 95 % de niveau de confiance pour le canal top tau, jusqu'à 240 GeV pour le canal top nu et jusqu'à 910 GeV pour le canal top mu / Installed on the LHC (Large Hadron Collider) ring, the CMS experiment (Compact Muon Solenoid) recorded a great amount of proton-proton collisions data from 2009 to 2012 at center of mass energies of 7 TeV and 8 TeV. This experiment was designed for precise measurements of the Standard Model parameters, for Higgs boson studies and to test theories beyond the standard model. Some of these theories foresee the existence of leptoquarks which are new bosons with couplings to both leptons and quarks. The first part of this thesis is dedicated to a presentation of the Standard Model and to a leptoquarks theoretical introducion. The second one briefly explains how the LHC and the CMS experiment work. The third part details the work accomplished during the first year of my thesis in the CMS generator group. Finaly, the last one deals with data analysis and the search of third generation leptoquarks pair production. Three LQ desintegration channels are investigated : to a top quark and a tau lepton, to a top quark and a neutrino and at last to a top quark and a muon. This study is based on the full integrated luminosity recorded during 2012, namely 19.7 fb. Various selections requiring at least one lepton and several jets are scrutinized in order to identify the regions with best signal efficiency regarding to Standard model backgrounds. Finally, a selection optimisation on discriminative variables is performed to extract the best 95 No significative excess with respect to Standard Model expectations was found. Thus we were able to set limits on the leptoquarks pair production cross sections. Third generation leptoquarks with masses below 320 GeV, 240 GeV and 910 GeV are excluded for the top tau, top nu and top mu channels, respectively

The aim of this thesis is to increase our knowledge and understanding of trace water concentrations in nominally anhydrous minerals (NAMs). Special focus is put on the de- and rehydration mechanisms of clinopyroxene crystals in volcanic systems, how these minerals can be used to investigate the volatile content of mantle rocks and melts on both Earth and other planetary bodies (e.g., Mars). Various analytical techniques for water concentration analysis were evaluated. The first part of the thesis focusses on rehydration experiments in hydrogen gas at 1 atm and under hydrothermal pressures from 0.5 to 3 kbar on volcanic clinopyroxene crystals in order to test hydrogen incorporation and loss from crystals and how their initial water content at crystallization prior to dehydration may be restored. The results show that extensive dehydration may occur during magma ascent and degassing but may be hindered by fast ascent rates with limited volatile loss. De- and rehydration processes are governed by the redox-reaction OH- + Fe2+ ↔ O2- + Fe3+ + ½ H2. Performing rehydration experiments at different pressures can restore the water contents of clinopyroxene at various levels in the volcanic systems. Subsequently water contents of magmas and mantle sources can be deduced based on crystal/melt partition coefficients. This thesis provides examples from the Canary Islands, Merapi volcano in Indonesia and the famous Nakhla meteorite. Using NAMs as a proxy for magmatic and mantle water contents may provide a very good method especially for planetary science where sample material is limited. The thesis’ second part focusses on analytical methods to measure the concentration of water in NAMs. Specifically the application of Raman spectroscopy and proton-proton scattering are tested. The hydrated mineral zoisite is thoroughly analyzed in order to be used as an external standard material. Polarized single crystal spectra helped to determine the orientation of the OH-dipole in zoisite. Further, Transmission Raman spectroscopy and a new method for the preparation of very thin samples for proton-proton scattering were developed and tested. The results provide new possibilities for the concentration analysis of water in NAMs such as three dimensional distribution and high spatial resolution.

Trotz seiner präzisen Übereinstimmung mit dem Experiment ist die Gültigkeit des Standardmodells (SM) der Elementarteilchenphysik bislang nur bis zu einer Energieskala von einigen hundert GeV gesichert. Abgesehen davon erweist sich schon das Einbinden der Gravitation in einer einheitlichen Beschreibung aller fundamentalen Wechselwirkungen als ein durch gewöhnliche Quantenfeldtheorie nicht zu lösendes Problem. Das Interesse an Quantenfeldtheorien auf einer nichtkommutativen Raumzeit wurde durch deren Vorhersage als niederenergetischer Limes von Stringtheorien erweckt. Unabhängig davon, kann die Nichtlokalität einer solchen Theorie den Rahmen zur Einbeziehung der Gravitation in eine vereinheitlichende Theorie liefern. Die Hoffnung besteht, dass die Energieskala Lambda_NC, ab der solche Effekte sichtbar werden können und für die es einerlei theoretischen Vorhersagen gibt, schon bei der nächsten Generation von Beschleunigern erreicht wird. Auf dieser Annahme beruht auch die vorliegende Arbeit, im Rahmen deren eine mögliche Realisierung von Quantenfeldtheorien auf nichtkommutativer Raumzeit auf ihre phänomenologischen Konsequenzen hin untersucht wurde. Diese Arbeit ist durch fehlende LHC (Large Hadron Collider) Studien für nichkommutative Quantenfeldtheorien motiviert. Im ersten Teil des Vorhabens wurde der hadronische Prozess pp-> Z gamma -> l+l- gamma am LHC sowie die Elektron-Positron Paarvernichtung in ein Z-Boson und ein Photon am ILC (International Linear Collider) auf nichtkommutative Signale hin untersucht. Die phänomenlogischen Untersuchungen wurden im Rahmen dieses Modells in erster Ordnung des nichtkommutativen Parameters Theta durchgeführt. Eine nichtkommutative Raumzeit führt zur Brechung der Rotationsinvarianz bezüglich der Strahlrichtung der einlaufenden Teilchen. Im differentiellen Wirkungsquerschnitt für Streuprozesse äussert sich dieses als eine azimuthale Abhängigkeit, die weder im SM noch in anderen Modellen jenseits des SM auftritt. Diese klare, f\"ur nichtkommutative Theorien typische Signatur kann benutzt werden, um nichtkommutative Modelle von anderen Modellen, die neue Physik beschreiben, zu unterscheiden. Auch hat es sich erwiesen, dass die azimuthale Abhängigkeit des Wirkungsquerschnittes am besten daf\"ur geeignet ist, um die Sensitivität des LHC und des ILC auf der nichtkommutativen Skala $\Lnc$ zu bestimmen. Im phänomenologischen Teil der Arbeit wurde herausgefunden, dass Messungen am LHC für den Prozess pp-> Z gamma-> l+l- gamma nur in bestimmten Fällen auf nichtkommutative Effekte sensitiv sind. Für diese Fälle wurde für die nichtkommutative Energieskala Lambda_NC eine Grenze von Lambda_NC > 1.2 TeV bestimmt. Diese ist um eine Größenordnung höher als die Grenzen, die von bisherigen Beschleunigerexperimenten hergeleitet wurden. Bei einem zukünftigen Linearbeschleuniger, dem ILC, wird die Grenze auf Lambda_NC im Prozess e^+e^- -> Z gamma -> l^+ l^- gamma wesentlich erhöht (bis zu 6 TeV). Abgesehen davon ist dem ILC gerade der für den LHC kaum zugängliche Parameterbereich der nichtkommutativen Theorie erschlossen, was die Komplementarität der beiden Beschleunigerexperimente hinsichtlich der nichtkommutativen Parameter zeigt. Der zweite Teil der Arbeit entwickelte sich aus der Notwendigkeit heraus, den Gültigkeitsbereich der Theorie zu höheren Energien hin zu erweitern. Dafür haben wir den neutralen Sektor des nichtkommutativen SM um die nächste Ordnung in Theta ergänzt. Es stellte sich wider Erwarten heraus, dass die Theorie dabei um einige freie Parameter erweitert werden muss. Die zusätzlichen Parameter sind durch die homogenen Lösungen der Eichäquivalenzbedingungen gegeben, welche Ambiguit\"aten der Seiberg-Witten Abbildungen darstellen. Die allgemeine Erwartung war, dass die Ambiguitäten Feldredefinitionen entsprechen und daher in den Streumatrixelementen verschwinden m\"ussen. In dieser Arbeit wurde jedoch gezeigt, dass dies ab der zweiten Ordnung in Theta nicht der Fall ist und dass die Nichteindeutigkeit der Seiberg-Witten Abbildungen sich durchaus in Observablen niederschlägt. Die Vermutung besteht, dass jede neue Ordnung in Theta neue Parameter in die Theorie einführt. Wie weit und in welche Richtung die Theorie auf nichtkommutativer Raumzeit entwickelt werden muss, kann jedoch nur das Experiment entscheiden. / Despite its precise agreement with the experiment, the validity of the standard model (SM) of elementary particle physics is ensured only up to a scale of several hundred GeV so far. Even more, the inclusion of gravity into an unifying theory poses a problem which cannot be solved by ordinary quantum field theory (QFT). String theory, which is the most popular ansatz for a unified theory, predicts QFT on noncommutative space-time as a low energy limit. Nevertheless, independently of the motivation given by string theory, the nonlocality inherent to noncommutative QFT opens up the possibility for the inclusion of gravity. There are no theoretical predictions for the energy scale Lambda_NC at which noncommutative effects arise and it can be assumed to lie in the TeV range, which is the energy range probed by the next generation of colliders. Within this work we study the phenomenological consequences of a possible realization of QFT on noncommutative space-time relying on this assumption. The motivation for this thesis was given by the gap in the range of phenomenological studies of noncommutative effects in collider experiments, due to the absence in the literature of Large Hadron Collider (LHC) studies regarding noncommutative QFTs. In the first part we thus performed a phenomenological analysis of the hadronic process pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma at the LHC and of electron-positron pair annihilation into a Z boson and a photon at the International Linear Collider (ILC). The noncommutative extension of the SM considered within this work relies on two building blocks: the Moyal-Weyl star-product of functions on ordinary space-time and the Seiberg-Witten maps. The latter relate the ordinary fields and parameters to their noncommutative counterparts such that ordinary gauge transformations induce noncommutative gauge transformations. This requirement is expressed by a set of inhomogeneous differential equations (the gauge equivalence equations) which are solved by the Seiberg-Witten maps order by order in the noncommutative parameter Theta. Thus, by means of the Moyal-Weyl star-product and the Seiberg-Witten maps a noncommutative extension of the SM as an effective theory as expansion in powers of Theta can be achieved, providing the framework of our phenomenological studies. A consequence of the noncommutativity of space-time is the violation of rotational invariance with respect to the beam axis. This effect shows up in the azimuthal dependence of cross sections, which is absent in the SM as well as in other models beyond the SM. Thus, the azimuthal dependence of the cross section is a typical signature of noncommutativity and can be used in order to discriminate it against other new physics effects. We have found this dependence to be best suited for deriving the sensitivity bounds on the noncommutative scale Lambda_NC. By studying pp -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in the noncommutative parameter Theta, we show in the first part of this work that measurements at the LHC are sensitive to noncommutative effects only in certain cases, giving bounds on the noncommutative scale of Lambda_NC > 1.2 TeV. Our result improved the bounds present in the literature coming from past and present collider experiments by one order of magnitude. In order to explore the whole parameter range of the noncommutativity, ILC studies are required. By means of e^+e^- -> Z gamma -> l^+l^- gamma to first order in Theta we have shown that ILC measurements are complementary to LHC measurements of the noncommutative parameters. In addition, the bounds on Lambda_NC derived from the ILC are significantly higher and reach Lambda_NC > 6 TeV. The second part of this work arose from the necessity to enlarge the range of validity of our model towards higher energies. Thus, we expand the neutral current sector of the noncommutative SM to second order in $\theta$. We found that, against the general expectation, the theory must be enlarged by additional parameters. The new parameters enter the theory as ambiguities of the Seiberg-Witten maps. The latter are not uniquely determined and differ by homogeneous solutions of the gauge equivalence equations. The expectation was that the ambiguities correspond to field redefinitions and therefore should vanish in scattering matrix elements. However, we proved that this is not the case, and the ambiguities do affect physical observables. Our conjecture is, that every order in Theta will introduce new parameters to the theory. However, only the experiment can decide to what extent efforts with still higher orders in Theta are reasonable and will also give directions for the development of theoretical models of noncommutative QFTs.

Estudamos os espalhamentos elásticos próton-próton (pp) e antipróton-próton (pp) na representação eiconal por meio das duas principais formulações compatíveis com vínculos de analiticidade e unitaridade: a inspirada na Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics, QCD) e a baseada na teoria de Regge. Em modelos inspirados em QCD o aumento das seções de choque hadrônicas está relacionado a espalhamentos semiduros (semihard) entre os pártons no interior dos hádrons. A dependência com energia das seções de choque é devida principalmente a processos de espalhamento elementares envolvendo gluóns. Nesta tese apresentamos um modelo eiconal no qual as divergências presentes em processos platônicos, no limite de pequeno momentum transferido, são regularizadas com a introdução de uma massa dinâmica para o gluóns. O modelo utiliza seções de choque elementares oriundas do modelo a pártons da QCD, funções de distribuição de quarks e gluóns atuais (CTEQ6L,CTEQ6L1 e MSTW) e cortes cinemáticos que restringem os processos elementares ao regime semiduro. Em modelos de polos de Regge o aumento das seções de choque hadrônicas é atribuído a troca de um estado sem cor possuindo os números quânticos do vácuo: o Pomeron. Na perspectiva da QCD o Pomeron pode ser entendido como a troca de pelo menos dois gluóns em um estado singleto de cor, tornando a teoria de Regge um importante guia na busca de uma teoria fundamental para a descrição de processos suaves baseada na QCD. Nesta tese determinamos todos os parâmetros do Pomeron suave usando duas variantes de um modelo de Regge. Na primeira delas a trajetória do Pomeron é linear, enquanto na segunda há a inserção na trajetória da singularidade do canal t mais próxima, o laço (loop) de píons. Em ambas formulações, inspirada em QCD e de Regge, fazemos uma análise detalhada dos dados de seção de choque total e parâmetro finos canais pp e pp e fornecemos previsões para estes observáveis nas energias do Tevatron, LHC e raios cósmicos. / We study the proton-proton (pp) and antiproton-proton ( pp) elastic scattering in the eikonal representation by means of two formulations compatible with analyticity and unitarity constraints: a formulation inspired by Quantum Chromodynamics (QCD) and a formulation based upon Regge theory. In QCD-inspired models the increase of the total cross sections is associated with semihard scatterings of partons in the hadrons. The energy dependence of the cross sections is driven especially by gluon-gluon scattering processes which are potentially divergent at small transferred momenta. In this thesis we present an eikonal model in which these divergences are regulated by the introduction of a dynamical gluon mass. The model is built from the parton model using standard QCD cross sections for elementary parton-level processes, updated sets of quark and gluon distribution functions (CTEQ6L,CTEQ6L1 and MSTW), and physically-motivated cuto s which restrict the elementary processes to semihard ones. In Regge pole models the increase of the hadronic total cross sections is attributed to the exchange of a colorless state having the quantum numbers of the vacuum: the Pomeron. In the QCD framework the Pomeron can be understood as the exchange of at least two gluons in a color singlet state. Hence the Regge theory is an important guide in the search of a fundamental theory for soft processes based upon QCD. In this thesis we determine all the parameters of the soft Pomeron by means of two Regge models. In the rst model the Pomeron trajectory is linear whereas the second have the nearest t-channel singularity of the trajectory, namely the two-pion loop. We perform a detailed analysis of proton-proton and antiproton-proton forward scattering data in both QCD-based and Regge approaches, and give predictions for the total cross section and parameter at Tevatron, LHC, and cosmic-ray energies.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Compact Muon Solenoid (CMS) é um dos principais detectores instalados no LHC que possibilita o estudo de diferentes aspectos da Física, indo do Modelo Padrão à matéria escura. Esse detector de propósito geral, foi construído para ser capaz de medir múons com uma grande precisão e todos os seus subdetectores foram construídos com uma alta granularidade, tornando possível identificar e caracterizar as propriedades cinemáticas das partículas finais da colisão. O algoritmo de reconstrução de eventos inclui a identificação de jatos, ou seja, é possível identificar a assinatura da produção de pártons na colisão e a medida de seções de choque da produção de muitos jatos é um dos métodos para se explorar as contribuições da Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics - QCD) perturbativa, permitindo avaliar as previsões implementadas nas simulações de eventos. Tendo em vista a caracterização de processos relacionados com a QCD em colisões de próton-próton a uma energia do centro de massa de 7 TeV, é apresentada a medida da seção de choque da produção inclusiva de multijatos no CMS. Para realizar essa medida foram utilizados dados reais coletados em 2010, onde não se apresentava muitas colisões por cruzamento de pacote, com uma luminosidade integrada de L = 2,869 pb-1 e utilizando jatos que estão em quase todo o espaço de fase acessível em pseudorapidez |n|&#8804; 4,8 e momentum transverso pT &#8805; 30 GeV/ c2. Desse resultado foram removidos os efeitos de detecção comparado com predições simuladas. / CMS is one of the main detectors installed in the LHC that is able to study different physical aspects, from the Standard Model to dark matter search. This general purpose detector was constructed to measure muon properties with high precision and all subdetectors were built with high granularity making possible to identify and characterize the kinematic properties of all final stable particles. The event reconstruction algorithm includes the jet identification, in other words, it is possible to identify the signature of parton production in the collision. The measurement of the cross sections of multijet production is one of the methods to explore perturbative QCD contributions, allowing the evaluation of the predictions implemented in the event simulation. Focusing on the characterization of the QCD related process in proton-proton collision at &#8730;s = 7 TeV , the measurement of the inclusive multijet production in CMS is presented. The measurement is done using real data with low pileup events collected in 2010 with integrated luminosity of L = 2,869 pb-1 and using jets in almost all pseudo-rapidity accessible range |n| < 4,8 and low transverse momentum pT > 30 GeV/c2. The detector effects in the measurement was removed, called unfolding procedure, and compared with Monte Carlo predictions.

Les collisions de particules à très hautes énergies sont un moyen de sonder la matière au niveau de ses composants les plus élémentaires : les partons (quarks et gluons). Les collisions d'ions lourds ultra-relativistes produisent dans le même événement le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP) et des interactions élémentaires de type parton-parton. Ces interactions, appelés processus durs, proviennent de l'état initial et produisent des partons de hautes impulsions transverses qui vont fragmenter en hadrons détectables (jets). Avant la fragmentation, les partons sont susceptibles d'interagir avec le QGP, modifiant les propriétés des hadrons produits. L'étude des processus dur sera d'un grand intérêt au LHC. La section efficace de production de jet est calculable en pQCD, en se basant sur l'hypothèse de factorisation. EPOS est un générateur d'événements dont l'objectif est de reproduire des événements directement comparables à l'expérience en décrivant aussi bien les aspects durs que les aspects mous (QGP) dans un modèle cohérent. Dans cette thèse, je détaillerai les motivations pour produire des processus durs dans un événement complet. La partie dure devant être compatible avec la pQCD. Ainsi, comme dans l'expérience la production d'un processus rare nécessite beaucoup de statistique. Je présenterais alors une méthode de coupure sur les hautes impulsions transverses permettant de produire facilement des jets de haute impulsion transverse dans le contexte des aspects mous.

La production de photons de grande impulsion transverse lors des collisions proton-proton (p-p), est décrite par la chromodynamique quantique perturbative (pQCD). Parmi ces photons, ceux issus directement d'un processus partonique énergétique (appelés photons directs) sont particulièrement intéressants car leur mesure permet de tester précisément les prédictions de la pQCD et offre la possibilité de mieux contraindre les fonctions de structure du proton. Ce travail de thèse a pour objectif l'étude et la mesure des photons directs produits dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE. Le calorimètre électromagnétique d'ALICE (EMCal), est utilisé pour réaliser cette mesure qui s'appuie notamment sur l'utilisation d'une procédure d'isolement permettant de réduire le bruit de fond provenant des autres modes de production (fragmentation, décroissance). Les aspects relatifs à la qualité des données dans EMCal, à l'identification des photons, mais aussi ceux liés à la correction du spectre ou encore à sa normalisation sont mis en avant. Finalement, la première section efficace de photons isolés mesurée dans les collisions p-p à 7 TeV avec le détecteur ALICE est présentée et comparée avec les prédictions théoriques avant d'être mise en regard avec les résultats issus des autres grandes expériences du LHC.

Estudamos os espalhamentos elásticos próton-próton (pp) e antipróton-próton (pp) na representação eiconal por meio das duas principais formulações compatíveis com vínculos de analiticidade e unitaridade: a inspirada na Cromodinâmica Quântica (Quantum Chromodynamics, QCD) e a baseada na teoria de Regge. Em modelos inspirados em QCD o aumento das seções de choque hadrônicas está relacionado a espalhamentos semiduros (semihard) entre os pártons no interior dos hádrons. A dependência com energia das seções de choque é devida principalmente a processos de espalhamento elementares envolvendo gluóns. Nesta tese apresentamos um modelo eiconal no qual as divergências presentes em processos platônicos, no limite de pequeno momentum transferido, são regularizadas com a introdução de uma massa dinâmica para o gluóns. O modelo utiliza seções de choque elementares oriundas do modelo a pártons da QCD, funções de distribuição de quarks e gluóns atuais (CTEQ6L,CTEQ6L1 e MSTW) e cortes cinemáticos que restringem os processos elementares ao regime semiduro. Em modelos de polos de Regge o aumento das seções de choque hadrônicas é atribuído a troca de um estado sem cor possuindo os números quânticos do vácuo: o Pomeron. Na perspectiva da QCD o Pomeron pode ser entendido como a troca de pelo menos dois gluóns em um estado singleto de cor, tornando a teoria de Regge um importante guia na busca de uma teoria fundamental para a descrição de processos suaves baseada na QCD. Nesta tese determinamos todos os parâmetros do Pomeron suave usando duas variantes de um modelo de Regge. Na primeira delas a trajetória do Pomeron é linear, enquanto na segunda há a inserção na trajetória da singularidade do canal t mais próxima, o laço (loop) de píons. Em ambas formulações, inspirada em QCD e de Regge, fazemos uma análise detalhada dos dados de seção de choque total e parâmetro finos canais pp e pp e fornecemos previsões para estes observáveis nas energias do Tevatron, LHC e raios cósmicos. / We study the proton-proton (pp) and antiproton-proton ( pp) elastic scattering in the eikonal representation by means of two formulations compatible with analyticity and unitarity constraints: a formulation inspired by Quantum Chromodynamics (QCD) and a formulation based upon Regge theory. In QCD-inspired models the increase of the total cross sections is associated with semihard scatterings of partons in the hadrons. The energy dependence of the cross sections is driven especially by gluon-gluon scattering processes which are potentially divergent at small transferred momenta. In this thesis we present an eikonal model in which these divergences are regulated by the introduction of a dynamical gluon mass. The model is built from the parton model using standard QCD cross sections for elementary parton-level processes, updated sets of quark and gluon distribution functions (CTEQ6L,CTEQ6L1 and MSTW), and physically-motivated cuto s which restrict the elementary processes to semihard ones. In Regge pole models the increase of the hadronic total cross sections is attributed to the exchange of a colorless state having the quantum numbers of the vacuum: the Pomeron. In the QCD framework the Pomeron can be understood as the exchange of at least two gluons in a color singlet state. Hence the Regge theory is an important guide in the search of a fundamental theory for soft processes based upon QCD. In this thesis we determine all the parameters of the soft Pomeron by means of two Regge models. In the rst model the Pomeron trajectory is linear whereas the second have the nearest t-channel singularity of the trajectory, namely the two-pion loop. We perform a detailed analysis of proton-proton and antiproton-proton forward scattering data in both QCD-based and Regge approaches, and give predictions for the total cross section and parameter at Tevatron, LHC, and cosmic-ray energies.