Ce document décrit les récents résultats expérimentaux sur la structure en spin du nucléon obtenus auprès de l'accélérateur d'électrons Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) en Virginie. Après avoir discuté la finalité de l'étude la structure en spin du nucléon et donnés les définitions de base, nous expliquons la phénoménologie de la diffusion de leptons. Nous détaillons ensuite certaines règles de somme, un outil central pour l'étude du spin du nucléon à Jefferson Lab, puis exposons la situation expérimentale actuelle. Suivent une présentation et discussion des résultats correspondants puis un exemple de résultat de l'étude du nucléon et ses conséquences sur notre compréhension de l'interaction forte. Nous concluons ce document sur les perspectives expérimentales dans ce domaine de recherche, en particulier avec la prochaine augmentation en énergie de Jefferson Lab.

Cette thèse présente une mesure des sections efficaces pour la production inclusive de jets à grand E_T (>= 21 GeV) en photoproduction, à partir d'un lot d'événements enregistrés par H1 en 1996 et 1997 et correspondant à une luminosité intégrée de 24.1 pb-1. Le domaine cinématique de la mesure est défini par Q^2 < 1 GeV^2 et 95 < W < 285 GeV. Les jets sont reconstruits dans le référentiel du laboratoire dans la région en pseudo-rapidité -1 < eta^jet < 2.5 avec l'algorithme inclusif k_T. Les mesures sont corrigées au niveau hadron et comparées à des calculs QCD au LO et NLO. Les distributions mesurées sont bien prédites, en normalisation et en forme, par les prédictions de QCD au NLO obtenues avec les différentes densités de parton (PDFs) du photon et du proton disponibles. Les corrections d'hadronisation appliquées aux calculs QCD améliore légèrement l'accord avec les données. La précision actuelle des résultats expérimentaux aussi bien que des prédictions théoriques ne permettent pas de distinguer entre les différentes PDFs. Une nouvelle mesure des sections efficaces à petit E_T (>=5 GeV), réalisée à partir d'un lot d'événements étiquetés (Q^2 < 0.01 GeV^2) « tout venants » correspondant à une luminosité intégrée de 0.47 pb-1 est également présentée. Le spectre en E_T obtenue en combinant les données à petit et grand E_T est bien décrite par les calculs QCD au NLO. Son ajustement par une loi de puissance inspirée de QCD donne un résultats consistant avec ceux obtenus précédemment dans des mesures similaires. Les calculs Monte-Carlos au LO, incluant une simulation des ordres supérieurs, de l'hadronisation et de l'événement sous-jacent dans les processus résolus, décrivent la forme des distributions mesurées. Finalement, les données sont comparées aux résultats similaires obtenus auprès des collisionneurs p-pbar.

L'idée de base de cette thèse est la mesure de la fonction de fragmentation du quark b dans un environnement de collisionneur e+e−, le LEP, à une énergie dans le centre de masse qui est celle du pic du Z0 et sa transposition dans le cadre d'un collisionneur hadronique, le TeVatron, à une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV. Pour cela on utilise le cadre de l'expérience DELPHI au LEP et celui de l'expérience CDF au TeVatron. Ces deux détecteurs sont particulièrement bien adaptés pour réaliser cette mesure. Tous deux bénéficient du nécessaire ensemble de sous-détecteurs de traces et d'identification de particules très performants. De plus CDF s'est équipé d'un système de déclenchement novateur, basé sur l'information du trajectographe gazeux et du microvertex, qui lui permet de tirer le meilleur profit des hauts taux de production de b en collisionneur hadronique. L'analyse développée ici extrait les composantes QCD perturbative et QCD non perturbative de la fonction de fragmentation dans le contexte e+e−. En effet, dans ce cadre, le processus QCD est bien compris, ce qui permet d'extraire la partie non perturbative directement à partir des données et non pas, comme habituellement, par comparaison avec les prédictions de divers modèles de fragmentation introduits dans le Monte Carlo et en ajustant les paramètres pour faire correspondre au mieux données simulées et réelles. On peut directement utiliser la partie non perturbative de la fonction de fragmentation ainsi trouvée à l'environnement d'un collisionneur hadronique, pourvu que l'on se place dans le même cadre de travail et que l'on tienne correctement compte de tous les processus QCD de production du b. L'impact de cette étude pour d'autres mesures telle que, par exemple, celle des oscillations Bs ou celle de la section efficace de production du b au TeVatron est présenté en conclusion de ce travail.

L'expérience BaBar a pour objectif de rechercher et de mesurer la violation de $CP$ dans le secteur des mésons $B$ et de contraindre les paramètres du modèle standard. Une des originalités de son dispositif expérimental est le DIRC, le détecteur à effet Cherenkov utilisé pour distinguer les pions des kaons chargés. Une table de correction est mise en place pour corriger ses défauts d'alignement, et permet au DIRC d'atteindre ses performances nominales, c'est à dire une séparation entre kaon et pion de $4\sigma$ pour une quantité de mouvement de $3\gevc$. La recherche de violation de $CP$ dans le canal de désintégration du $B^0$ en $\rho\pi$ devrait permettre de contraindre l'angle $\alpha$ du triangle d'unitarité, un des paramètres du modèle standard. L'objectif de cette analyse est de mesurer les paramètres de violation de $CP$ ainsi que les autres paramètres entrant dans la description de la distribution de probabilité du temps de désintégration. Une méthode de maximum de vraisemblance combine l'information temporelle et des variables discriminantes du bruit de fond du continuum $\e^+\e^-\to q\bar(q)$, dont certaines sont résumées dans un réseau de neurones. L'autre bruit de fond, constitué des autres modes de désintégration du $B$, est pris en compte par des termes correctifs dans l'ajustement. Cette analyse présente à ce jour les meilleures mesures pour ce canal, et semble donner une indication de la violation directe de $CP$. Pour interpréter ces mesures en termes de contraintes sur les paramètres du modèle standard, il est nécessaire d'utiliser un modèle pour prédire la contribution à longue distance des amplitudes de désintégration. Pour un exemple de tel modèle, la ``factorisation QCD'', un test de validation compare les prédictions aux données expérimentales sur les désintégrations non charmées du méson $B$. Ce test semble indiquer un désaccord, qui pourrait être réduit dans l'avenir par une meilleure connaissance expérimentale et théorique des désintégrations du $B$.

Understanding the nucleon structure is currently one of the main challenges encountered in nuclear physics. The present work represents a contribution to the study of the nucleon structure and deals, in particular, with the study of the role of strange quarks in the nucleon. The latter can be investigated by determing the strange quark distribution in the nucleon as well as the contribution of the spins of strange quarks to the nucleon spin ($\Delta s$). This work first presents a measurement of $\Delta s$ performed via Deeply Inelastic Scattering of a muon beam off polarized proton and deuterium targets. The result is found to be strongly dependent on the quark fragmentation functions into hadrons (FFs), which define the probability that a quark of a given flavour fragments into a final state hadron. The FFs are poorly known, in particular, the FF of strange quark into kaons, which play an important role in the determination of $\Delta s$. In deep inelastic scattering process, the access to the FFs is provided by the hadron multiplicities which, in turn, define the average number of hadrons produced per DIS event. Pion and kaon multiplicities have been extracted versus different kinematic variables, using DIS data collected by deeply inelastic scattering of a $160$ GeV muons off a deuterium target. A first LO extraction of the fragmentation functions has then been performed using the measured pion and kaon multiplicities.

Ce travail de thèse a été effectué auprès du détecteur ATLAS. Trois méthodes indépendantes sont proposées pour mesurer l'efficacité du déclenchement basé sur la détection de photons. Elles sont d'abord évaluées à l'aide de simulations Monte-Carlo, puis appliquées sur les données enregistrées en 2010. Les deux méthodes utilisant des lots de photons montrent des résultats cohérents au niveau de quelques pourcents. Pour la méthode basée sur un lot d'électrons, la taille du lot est trop faible pour tirer des conclusions. Une mesure de la section efficace de production QCD de di-photons est effectuée sur les données 2010, correspondant à une luminosité de 37.2+/-1.2 pb-1. Elle se base sur une méthode d'ajustement bi-dimensionnel pour extraire le signal. Les sections efficaces en fonction des observables Mγγ, pT γγ et Δφγγ sont comparées avec les prédictions des générateurs DIPHOX et RESBOS. Un bon accord est trouvé pour la variable Mγγ, tandis que des écarts sont observés dans les distributions pTγγ et Δφγγ. Dans l'étude du canal H → γγ basée sur échantillon simulé, une détérioration de 4% dans la limite d'exclusion est observée après incorporation de l'incertitude systématique découlant de la résolution sur la masse invariante de la paire de photons. Dans l'analyse des données réelles, la méthode d'ajustement 2D est également appliquée pour décomposer le bruit de fond dans la gamme de masse invariante [100, 150] GeV. La sensibilité de la recherche du boson de Higgs dans ce canal est alors réévaluée. Dans la gamme de masse [110-140] GeV, une production de Higgs de 3.2 à 4.2 le Modèle standard devrait être exclue avec 1fb-1 de données à √ s = 7 TeV.

Ce travail s'intéresse au calcul de la masse des baryons à partir de la théorie décrivant l'interaction forte : la chromodynamique quantique (QCD). Cette théorie régit l'interaction entre les quarks et l es gluons et a pu durant ces dernières décennies être vérifiée à haute énergie grâce à l'une de ses propriétés : la liberté asymptoti que. Celle-ci prédit que les calculs perturbatifs sont valides à haute énergie car la constante de couplage tend vers zéro. Les quantités physiques régissant la physique à basse énergie nécessitent quant à elles un traitement non pertubatif et font l'objet de ce travail. La seule approche con nue permettant de calculer ces observables en contrôlant tous les effets systématiques est la QCD sur réseau. Le C hapitre 1 est une introduction au formalisme de la QCD et à sa formulation discrétisée. Le second chapitre est dédié à la discréti sation particulière utilisée au sein de la collaboration Europan Twisted Mass (ETM). Le Chapitre 3 met en place la technologie nécessaire au calcul des masses des hadrons. L'estimation des intégrales fonctionnelles en utilisant le calcul massi vement parallèle sur des Super Calculateurs est décrite dans le Chapitre 4. La production de configurations de jauge sur ce type d'architecture constitue une part importante du travail effectué durant cette thèse. Le Chapitre 5 est dédié à la formulation des théories effectives dites de pertubations chirales. Les Chapitres 6 et 7 sont consacrés aux baryons légers et étranges. Les eff ets systématiques ainsi que les extrapolations chirales sont largement discutés.

L'imagerie infrarouge bas flux requiert des détecteurs grandes longueurs d'onde de hautes performances. Les détecteurs à puits quantiques (QWIP), de par la maturité de GaAs, la facilité à ajuster la longueur d'onde détectée sur une très large gamme et la possibilité de réaliser de larges matrices uniformes constituent d'excellents candidats pour ces applications. Afin de confirmer leur intérêt nous avons procédé à la caractérisation électro-optique fine d'un composant QWIP détectant à 15µm. Les performances mesurées ont été utilisées pour simuler celles d'une caméra basée sur ce détecteur et dédiée à un scénario faible flux et ont permis de valider la capacité de la filière QWIP à répondre à de telles missions infrarouges. Ces simulations ont aussi mis en évidence le rôle extrêmement préjudiciable joué par le courant d'obscurité. Nous avons alors mis au point une simulation basée sur un code de diffusion entre états localisés qui nous a permis de mieux appréhender le transport dans ces structures. Un important travail de développement de l'outil de simulation a été nécessaire. Ce code a révélé le rôle déterminant du profil de dopage sur le niveau de courant d'obscurité. Nous avons ainsi pu réaliser de nouvelles structures aux profils de dopage optimisés et dont le niveau de courant d'obscurité est abaissé de 50%. Nous avons par ailleurs pu apporter une interprétation quantique à la forme des courbes I(V) observée. Mais notre code de simulation s'avère plus généralement un outil puissant de simulation du transport dans les hétérostructures. L'influence des défauts de croissance (défauts d'interface et désordre) a pu être quantifiée et nous avons pu apporter les premières prédictions de performances de QCD THz. Enfin l'influence des effets non locaux sur le transport a été étudiée. L'observation de dents de scie sur les courbes I(V) de QWIP a pu être modélisée et son influence sur la détectivité évaluée.

L'ajout de la supersymétrie au Modèle Standard (MS) de la physique des particules est très bien motivée. Reliant les bosons aux fermions dans un formalisme élégant, la supersymétrie propose une solution naturelle au problème de hiérarchie et permet l'unification des trois constantes de couplages du MS à grande échelle d'énergie. De plus, si la R-parité est conservée, elle fournit un candidat naturel pour expliquer la grande quantité de matière noire observée dans l'univers. Dans le MS supersymétrique minimal, c'est généralement le neutralino, l'un des partenaires supersymétriques des bosons électrofaibles (jauginos) et des bosons de Higgs (Higgsinos), qui se mélangent pour former quatre états propres de masses neutres (neutralinos) et deux chargés (charginos). Après une introduction sur la supersymétrie, nous présentons les formalismes de resommation au seuil et en impulsion transverse. Ensuite, nous considérons la production de paires de jauginos aux collisionneurs hadroniques actuellement en marche, i.e. RHIC, Tevatron et LHC. Nous étudions les effets dus à la polarisation des hadrons initiaux et aux corrections QCD supersymétriques complètes. Finalement, nous appliquons les resommations au seuil et en impulsion transverse à la production de paires de jauginos, et nous montrons qu'elles ont un impact important sur les distributions de masses invariantes et d'impulsion transverses. Tout au long de ces études, nous analysons en détail les erreurs théoriques venant des variations d'échelles et des fonctions de densités de partons.

Cette thèse a pour objet l'étude de divers sujets liés à la physique du LHC et à ses prédictions. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés à la recherche au LHC d'un boson de Higgs léger ($M_H\simeq 120$ GeV) et boosté ($p_{t,H}>200$ GeV) dans le canal $pp\rightarrow WH$ et $pp\rightarrow ZH$ avec $H\rightarrow b\bar b$. Nous avons montré comment, à partir d'une analyse de la sous-structure des jets en deux étapes respectivement appelées ``mass-drop'' et ``filtering'', il est possible de réduire de manière significative les divers backgrounds (mass-drop) et d'améliorer la résolution en masse lors de la reconstruction du Higgs (filtering). Cela nous a permis de rendre prometteur ce canal de recherche au LHC, longtemps considéré comme trop difficile. A partir de là nous nous sommes concentrés plus particulièrement sur la procédure du ``filtering'', qui permet de supprimer autant que possible l'effet du bruit de fond diffus que constituent l'underlying-event et le pile-up, en majeur partie responsable de la dégradation de la résolution. Nous avons optimisé ses paramètres à partir d'une analyse semi-analytique, ce qui nous a conduits à l'étude de la structure des ``non-global'' logarithms qui interviennent lors du calcul de la distribution en masse du Higgs. Finalement, nous nous sommes penchés sur les processus dont la série perturbative présente une mauvaise convergence au next-to-leading (NLO) order pour certaines observables, une caractéristique que nous avions en particulier remarquée pour les processus Z+jet et W+jet à grand $p_t$ lors de notre première étude sur le Higgs. Cet aspect est important car cette mauvaise convergence induit une perte de confiance sur les prédictions résultant des calculs perturbatifs. Il devient donc nécessaire d'examiner les ordres supérieurs, ce que permet de façon approximative un nouvel outil que nous avons élaboré, appelé ``LoopSim'', qui combine divers ordres de la théorie des perturbations de manière à annuler les divergences molles et collinéaires qui apparaissent inévitablement.