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Le travail présenté dans ce mémoire concerne la mesure de la section efficace de production de paires de quarks top dans le canal lepton + jets (électron et muon). Les<br />données analysées ont été collectées par le détecteur DØ entre 2001 et 2004 à une énergie au<br />centre de masse de 1.96 TeV auprès du collisionneur proton-antiproton Tevatron situé au<br />FERMILAB. Elles correspondent à une luminosité intégrée de 160 pb-1 par canal.<br />Chaque quark top se désintègre en produisant un boson W et un quark beau. La première<br />partie de ce travail de th èse a été consacrée à l'élaboration d'un algorithme d'identification des<br />jets de quark s beaux, +-*1. Cet algorithme repose sur l'utilisation du paramètre d'impact des<br />traces et permet d'assigner à un jet une probabilité de provenir du point d'interaction primaire.<br />L'efficacité d'identification de cet algorithme est de 45% pour des paires top-antitop pour un bruit de fond rejeté de 99.7%.<br />La deuxième partie du travail concerne la présélection permettant d'isoler des événements compatibles avec une topologie de type W+jets. Les bruits de fond multijets et W+jets sont évalués dans les données réelles et la simulation. La section efficace de production de paires de quarks top est mesurée à partir des candidats de plus de 3 jets dont l'un, au moins, est<br />identifié par l'algorith me +-*1. Les sources d'incertitudes systématiques ont été étudiées en<br />détail. Le résultat a été comparé aux calculs théoriques et aux autres mesures effectuées dans<br />les expériences DØ et CDF.

Le futur collisionneur du CERN (le LHC) possède un fantastique potentiel de découverte à condition d'avoir une prédiction quantitative de la QCD. Pour ce faire, il est nécessaire d'effectuer des calculs dans l'approximation NLO de manière à réduire la dépendance de la section efficace en fonction des échelles non physiques. Pour obtenir des résultats dans cette approximation, il faut calculer les sections efficaces des sous-processus partoniques contribuant à la réaction étudiée à l'ordre le plus bas ainsi que les corrections virtuelles (une boucle) et réelles. Le calcul des corrections virtuelles reste très compliqué si le nombre de particules externes est supérieur à quatre ou si les particules externes (internes) sont massives.<br />Dans cette thèse est proposée une méthode automatique pour effectuer les calculs à une boucle et à cinq pattes, et qui peut être généralisée aux cas de particules massives.<br />Dans une première partie, nous décrirons divers outils et méthodes nécessaires à de tels calculs. Nous les appliquerons ensuite au calcul de la réaction (gluon + gluon -> photon + photon + gluon), qui intéresse les expérimentateurs des expériences ATLAS et CMS comme bruit de fond à la recherche du Higgs, notamment pour décrire correctement la queue de la distribution transverse du boson de Higgs. Sera alors présenté le résultat explicite de cette amplitude pour chaque configuration d'hélicités sous une forme compacte et une représentation clairement invariante de jauge. Nous terminerons par une étude phénoménologique de cette réaction.

Cette thèse présente une évaluation sur réseau de la constante de couplage de la Chromodynamique Quantique (QCD) en jauge de Landau, dans des schémas de renormalisation de type ``Momentum Substraction'' (MOM), à partir du calcul non-perturbatif du vertex à trois gluons. Ce travail a été mené avec deux saveurs dégénérées de quarks de Wilson dynamiques. Il prend place au sein d'un programme scientifique comprenant déjà une analyse similaire dans le cadre de la théorie ``pure jauge''. Dans les deux cas, l'interprétation des données numériques requiert l'introduction d'un condensat au moyen des techniques de développement en produit d'opérateurs (OPE). La contribution de cette correction en puissance est non-négligeable jusqu'à 10 GeV dans le cas ``pure jauge'', mais sa prise en compte rend satisfaisant l'accord de l'ensemble des résultats ``quenched'' et ``unquenched'' avec les données expérimentales. Par ailleurs, ce travail propose aussi un mécanisme physique de création du condensat dans le cadre d'un modèle de liquide ou de gaz d'instantons. Cette image permet de plus d'interpréter de manière cohérente le comportement de la constante de couplage forte dans l'infra-rouge profond.

Dans cette thèse sont présentés les résultats de l'expérience E99-007, qui a mesuré le rapport des facteurs de forme électrique et magnétique du proton, jusqu'au quadri-moment de transfert Q2 = 5.6 GeV2, par polarisation de recul. Les données ont été prises en 2000 au Thomas Jefferson National Accelerator Facility en Virginie, Etats-Unis. Un faisceau d'électrons polarisés de 4.6 GeV a été diffusé sur une cible d'hydrogène liquide. La polarisation du proton de recul était mesurée dans le Polarimètre du Plan Focal, situé à l'extrémité de l'un des deux Spectromètres à Haute Résolution du Hall A. Le rapport des composantes transverse et longitudinale de la polarisation du proton de recul est proportionnel au rapport des facteurs de forme. Les événements élastiques étaient identifiés en détectant l'électron diffusé dans un calorimètre en verre au plomb de grande acceptance. Le résultat principal de cette expérience est la décroissance linéaire du rapport des facteurs de forme quand Q2 augmente, correspondant à des distributions spatiales différentes de la charge électrique et de la magnétisation. De nombreux calculs théoriques montrent que des effets relativistes, comme le mélange des états de spin dûs à des transformations de Lorentz, doivent être pris en compte pour expliquer les résultats observés dans cette région cinématique critique.

Cette thèse a pour objet les corrections perturbatives de CDQ pour la production de quatre jets dans l'annihilation des électrons et positrons. Les corrections à une boucle pour le sous-processus $e^+ e^- \rightarrow q \bar{q} Q \bar{Q}$ sont calculées avec de nouvelles méthodes qui comprennent la décomposition de couleur, la méthode des spineur d'hélicité, et une décomposition inspirée par la supersymmétrie. Nous avons également profité des contraintes découlants de l'unitarité et des limites colinéaires pour restreindre la forme analytique des amplitudes. Dans une deuxième phase, j'ai écrit un programme numérique qui combine des contributions dues aux corrections radiatives des sous-processus $e^+ e^- \rightarrow q \bar{q} Q \bar{Q}$ et $e^+ e^- \rightarrow q g g \bar{q}$ et dues aux corrections d'émission réelle. Le programme utilise le formalisme des dipoles pour annuler les divergences infra-rouge. L'analyse numérique contient des résultats sur la section efficace totale, le paramètre $D$ et la variable d'élargissement d'un jet.

Dans ce travail de thèse, nous présentons quatre expériences, portant soit sur l'étude d'ions lourds hydrogenoïdes ou héliumoïdes, soit sur celle d'atomes exotiques, et qui se sont déroulées au Gesellschaft für Scherionenforchung (GSI) et à l'Institut Paul Scherrer (PSI).<br /><br />Dans la première partie de ce manuscrit, nous décrivons, tout d'abord, un spectromètre à cristal courbe et en transmission, couplé à un détecteur germanium sensible en position. Cet ensemble, dédié à la mesure de l'énergie de photons X entre 50 et 100 keV et qui est destiné à être monté sur l'accélérateur du GSI, nous permettra, dans les années avenirs, de gagner un ordre de grandeur sur la précision de la mesure du déplacement de Lamb du niveau fondamental de l'uranium hydrogénoïde, afin de tester la QED en champ coulombien fort. Ensuite, nous détaillons une expérience qui nous permettra de donner bientôt une nouvelle valeur de la masse du pion chargé avec une incertitude relative de 1 ppm. Elle est basée sur une spectroscopie X de l'azote pionique, effectuée au PSI. Pour celle-ci nous utilisons un montage composé d'une trappe anticyclotronique, d'un spectromètre de Bragg en réflexion, possédant un cristal sphérique et d'un détecteur CCD refroidit. Ce dispositif permet également de tester la QCD et la théorie des perturbations chirales, par une mesure des transitions radiatives de l'hydrogène pionique.<br /><br />La seconde partie est consacrée à une description d'une mesure la durée de vie d'un niveau métastable de l'or héliumoïde, grâce à une expérience de temps de vol, qui se déroule au GSI. Nous donnons, pour la toute première fois pour un Z si élevé, une valeur précise de cette durée de vie, qui constitue un test important de la théorie relativiste à n-corps.

La compréhension de la structure interne du nucléon à partir de la ChromoDynamique Quantique est un enjeu majeur de la physique hadronique. Seule la QCD sur réseau permet d'évaluer numériquement les observables à partir des principes ab-initio. Le sujet de cette thèse est l'étude des facteurs de forme du nucléon et le premier moment des fonctions de distributions de partons en utilisant une action discrétisée avec des fermions de masse twistée. Cette dernière a l'avantage de supprimer les effets de discrétisation au premier ordre en la maille du réseau. D'autre part, l'ensemble des simulations permet un contrôle accru des erreurs systématiques. Après avoir détaillé les techniques de calcul utilisées, je présenterai les résultats obtenus pour un large éventail de paramètres, mailles de réseau variant entre 0.056 fm et 0.089 fm, volumes compris entre 2.1 et 2.7 fm et masses de pions dans le domaine 260-470 MeV. La constante de renormalisation vectorielle a ainsi été obtenue dans le secteur du nucléon avec une grande précision. Pour le rayon de charge électrique, les effets de volume fini mis en évidence fournissent une clef pour expliquer sa dépendance chirale vers le point physique. Les résultats pour le moment magnétique et axial, les fractions d'impulsion et d'hélicité portées par les quarks, ne présentent pas d'effets de discrétisation ni de volume fini significatifs. Aux masses de pions considérées, leurs valeurs montrent une déviation par rapport aux valeurs expérimentales, leur comportement chiral n'exhibant pas la courbure prédite par les perturbations chirales qui permettrait de résoudre ce désaccord apparent.

Des mesures de sections efficaces des processus courant chargé et courant neutre ont été réalisées pour la première fois en utilisant l'ensemble des données accumulées à HERA-II avec un faisceau d'électrons ou de positrons polarisés en collision avec un faisceau de protons. Les données prises par le détecteur H1 à 319 GeV d'énergie dans le centre de masse correspondent à une luminosité intégrée de 149.1 pb^−1 et 180.0 pb^−1 pour les collisions e^−p et e^+p respectivement, et représentent une augmentation d'environ un facteur 10 et 2 respectivement par à rapport à la prise de données de HERA-I. Les sections efficaces mesurées couvrent un très grand domaine cinématique de plus de deux ordres de grandeur à la fois en Q^2 (jusqu'à 30000 GeV^2) et en x (jusqu'à 0.003). Les mesures sont comparées avec les prédictions du Modèle Standard montrant un très bon accord. La précision de la mesure de l'asymétrie sur la polarisation en fonction de Q^2 a confirmé l'observation précédente de la violation de parité dans le processus courant neutre pour une distance allant jusqu'à 10^-18 m. Les sections efficaces intégrées pour Q^2 > 400 GeV^2 et pour des inélasticités y < 0.9 dans le processus courant chargé ont été mesurées pour quatre échantillons indépendants avec les faisceaux e± et à différentes valeurs de polarisation. Ces données et celles mesurées à HERA-I avec les faisceaux d'électrons et de positrons non-polarisés ont permis de vérifier la dépendance linéaire des sections efficaces du processus courant chargé en fonction de la polarisation, confirmant l'absence de courants droits dans les données en accord avec la prédiction du Modèle Standard. Les nouvelles sections efficaces ont été combinées avec celles de HERA-I pour maximiser la précision de ces mesures. Les données combinées ont ensuite été utilisées pour déterminer la fonction de structure xF^γZ_3 qui est pratiquement une mesure directe des quarks de valence. Les nouvelles sections efficaces ont aussi été utilisées avec celles de HERA-I dans un fit combinant à la fois les paramètres de la théorie électrofaible et de QCD pour extraire non seulement les densités de partons mais aussi les couplages des quarks légers u et d au boson Z. La précision obtenue sur les valeurs de ces couplages est bien meilleure que celle obtenue au Tevatron et au LEP, en particulier pour les couplages vectoriel et axial du quark u.

La compréhension de la structure interne des nucléons est un des enjeux majeurs de la physique hadronique. Dans le cadre de la Chromodynamique Quantique (QCD), cette structure est décrite comme la somme de trois quarks de valence et d'une mer de paires de quarks-antiquarks et de gluons. Dans le but de caractériser l'effet de la mer, un vaste programme expérimental s'intéresse à la contribution du quark étrange aux propriétés des nucléons (masse, spin, impulsion... ) depuis les années 1990. Cette thèse présente en particulier les résultats obtenus par la collaboration G0 pour la mesure de la contribution du quark étrange aux distributions spatiales de charge et de courant au sein du nucléon. Ces distributions sont associées à des observables appelées facteurs de forme. La contribution étrange à ces derniers est accessible par la mesure d'asymétries de violation de parité en diffusion quasi-élastique d'électrons sur des cibles de proton et de deutérium, pour des angles de diffusion avant et arrière. Ce mémoire décrit l'analyse des données mesurées aux angles arrière pour les deux cibles et aux valeurs de quadrimoment transféré de 0.23 et 0.63 (GeV/c)2. Le formalisme qui permet d'accéder aux facteurs de forme électromagnétiques est présenté dans un premier temps, avant d'aborder la description du dispositif expérimental mis en oeuvre pour la mesure. L'analyse des données pour obtenir les asymétries est ensuite décrite en détail, et une attention particulière est portée à la correction des effets liés au fonctionnement de l'électronique, qui constitue une des principales contributions aux effets systématiques. Dans une dernière partie, l'extraction de la contribution étrange est effectuée à partir des données de l'expérience G0 aux angles avant et arrière, et est comparée aux données mondiales.