Malgré le succès apparent du modèle standard (SM), il semble évident que ce dernier soit incomplet. La supersymétrie, qui associe à chaque fermion connu un partenaire bosonique (et vice-versa), résout d’une façon élégante différents problèmes inhérents au SM et semble être le meilleur candidat pour la physique à l’échelle du TeV. Si la supersymétrie s’avère être une description adéquate de la nature, elle doit être spontanément brisée afin d’expliquer le fait qu’aucun superpartenaire n’a été découvert. Toutefois, la phénoménologie est a priori impossible à respecter si la brisure provient directement du modèle standard supersymétrique minimal (MSSM). Ceci nécessite donc l’introduction d’un secteur caché faiblement couplé avec le MSSM, dans lequel la supersymétrie y est d’abord brisée, puis transmise au MSSM. Dans cet ouvrage, on analyse le mécanisme de transmission de la brisure de supersymétrie dans le contexte de la médiation de jauge générale (GGM) appliquée au couplage direct renormalisable le plus général possible pour des superchamps chiraux. Ceci permet d’exprimer les corrections au secteur visible en terme de fonctions de corrélation d’opérateurs du secteur caché. Ces dernières sont ensuite exprimées comme une somme de valeurs moyennes d’opérateurs locaux grâce au formalisme du développement en série d’opérateurs (OPE). La forme des OPEs, étant grandement contrainte par le fait que le secteur caché développe une symétrie superconforme dans l’UV, permet d’obtenir des conclusions intéressantes du point de vue phénoménologique et permet de faciliter la construction de modèles. / Despite the apparent success of the standard model (SM), it seems obvious the latter is incomplete. Supersymmetry, which associates to each known fermion a bosonic partner (and vice-versa), solves multiple inherent SM problems in an elegant fashion. It thus appears to be the best candidate for TeV physics. If supersymmetry is to be an adequate description of nature, it must be spontaneously broken to explain the fact that no superpartner has yet been discovered. However, the phenomenology is impossible to respect if the breaking comes directly from the minimal supersymmetric standard model (MSSM). A hidden sector weakly coupled with the MSSM, in which supersymmetry is broken then transmitted to the MSSM, is thus required. In this master’s thesis, we analyze the transmission mechanism of supersymmetry breaking in the context of general gauge mediation (GGM). We analyze the most general renormalizable direct couplings for chiral superfields. This allows to express visible-sector corrections in terms of hidden-sector correlation functions, which are then expressed by their operator product expansion (OPE). The fact that the hidden sector develops a superconformal symmetry in the UV gives powerful constraints on the structure and coefficients of the OPE. Therefore, the method is useful to obtain phenomenological results and could be used to develop models in a systematic way.

Cette thèse est consacrée à l'analyse, dans le cadre des théories supersymétriques, des phénomènes liés à la présence de dimensions supplémentaires et de secteurs branaires. Nous proposons une extension du MSSM motivé par les théories présentant des dimensions supplémentaires, dans laquelle le secteur de jauge est étendu de manière à former une représentation N = 2 de l'algèbre de supersymétrie. Nous décrivons comment, dans ce modèle, des masses de Dirac apparaissent naturellement pour les jauginos, et calculons les interactions et matrices de masse des nouveaux neutralinos et charginos présents. Puis nous étudions, dans le cadre des théories de supergravité en cinq dimensions, le couplage des champs de gravité aux multiplets chiraux localisés sur les branes. Cette étude conduit à l'introduction d'une nouvelle extension hors couche de masse de la supergravité en cinq dimensions, qui est bien adaptée au couplage des champs chiraux sur les branes au multiplet de supergravité pentadimensionnelle dans le cas d'un superpotentiel quelconque et dans la présence de F-termes différents de zéro. Le mécanisme de Scherk-Schwarz généralisé et le mécanisme de super-Higgs dans cette classe de théories sont également étudiés en détail. Notamment nous décrivons comment les pseudo-Goldstinos apparaissent lorsque la supersymétrie est brisée par des F-termes sur les branes et dans le volume pentadimensionnel par le mécanisme de Scherk-Schwarz. Nous étudions des possibilités d'identification des pseudo-Goldstinos aux neutrinos stériles. Enfin, des propriétés des gravitinos dans les théories à six dimensions sont étudiées.

Le LHC est un collisionneur de protons avec une énergie de 14 TeV dans le centre de masse, situé au CERN (Genève, Suisse). Les premières collisions sont attendues à l'été 2009. L'expérience ATLAS est l'une des deux expériences généralistes installées sur le LHC. L'énergie disponible ainsi que la haute luminosité de celui-ci permettra à l'expérience ATLAS de rechercher le boson de Higgs ainsi que d'autres nouvelles particules prédites par les modèles de physique au-delà du modèle standard.<br /><br />Les électrons occupent une place importante pour la mesure du modèle standard ainsi que la recherche de nouvelle physique. Ils procurent<br />également de nombreux indicateurs des performances du détecteur. D'autre part, avec 10**5 jets hadroniques attendus pour chaque électron, une sévère discrimination du bruit de fond est nécessaire.<br /><br />Dans cette thèse, la reconstruction et l'identification des électrons dans le détecteur ATLAS est présentée. Plusieurs variables sont étudiées pour rejeter le bruit de fond hadronique et électromagnétique tout en optimisant l'efficacité du signal. Les performances d'identification des électrons et de réjection du bruit de fond sont estimés dans un environement de détection potentiellement défavorable.<br /><br />La recherche de la supersymétrie est l'un des objectifs primaires de l'expérience ATLAS. Dans cette thèse, les signatures d'un modèle supersymétrique dans lequel les scalaires sont découplés sont étudiés. Le potentiel de découverte est quantifié. Les mesures réalisables, leurs bruits de fonds et leurs incertitudes sont investigués. Ces observables sont ensuite utilisées pour estimer le potentiel de détermination des paramètres du modèle au LHC.

La supersymétrie représente le cadre théorique phare en physique des particules pour prendre la relève du modèle standard. Cependant, en tant que cadre général, il dispose de beaucoup de liberté dans sa mise en oeuvre, notamment au niveau des modèles de brisure. Le travail principal de cette thèse consiste à tenter de réduire l'espace des paramètres par des considérations théoriques, en trouvant un sous-espace réduit dans les modèles de brisure par médiation gravitationnelle, en utilisant les méthodes de minimisation du potentiel effectif développé dans les scénarios dits no-scale. / Supersymmetry is the most preferred theoretical framework that could replace and complete the standard model of particle physics. However it is hard to distinguish clearly between all the possible models allowed.During this thesis, we tried to reduce the arbitrariness in the choice of some parameters in supergravity breaking models, by looking at minimisation methods introduced in no-scale supergravity scenarios.

In this thesis, we study certain non-perturbative aspects of N=1 gauge theories. We show how to compute the expectation values of chiral operators (i.e., those that preserve the anti-chiral supercharges) exactly from a first-principle approach based on the path integral over the microscopic fields. The text is divided into two parts. The first one consists of an original introduction to the tools that underlie the researches and results obtained during this thesis. After a general introduction, we present some methods to obtain exact results. Covered topics include instantons, N=2 supersymmetry and localization, N=1 supersymmetry and holomorphy, and finally the Dijgraaf-Vafa matrix model formalism and the perturbative generalized Konishi anomaly equations. These preliminaries were chosen to enlighten the presentation of our results. A brief overview of our results is then. This includes localization in some N=1 gauge theories, its applications to the computation of chiral correlators as well as a non-perturbative discussion of the generalized Konishi equations and of the Dijkgraaf-Vafa glueball superpotential. We insist on the ideas and the results, postponing the details for the second part, which consists of a faithful reproduction of the papers published during this thesis and in which the author has been involved. / Dans cette thèse, nous étudions certains aspects non-perturbatifs des théories de jauge supersymétriques N=1. Plus précisemment, nous montrons comment les valeurs moyennes des opérateurs chiraux (qui préservent la moitié des supercharges) dans les vides quantiques peuvent ^etre calculées sans approximations, à partir d'une approche basée sur l'intégrale fonctionnelle sur les champs microscopiques. Ce mémoire est divisé en deux parties. La première consiste en une introduction à l'approche microscopique des théories de jauge supersymétriques. Une grande fraction de celle-ci est dédiée à la présentation des concepts et méthodes qui sont à la base du développement de ce formalisme et de nos recherches. Ceci inclut les instantons, la supersymétrie N=2 et la localisation dans l'intégrale fonctionnelle, la supersymétrie N=1 et l'holomorphie, et enfin l'approche de Dijkgraaf-Vafa basée sur un modèle de matrices et les équations d'anomalie généralisées de Konishi. Ensuite, nous présentons le formalisme microscopique et les résultats obtenus durant cette thèse. Nous expliquons comment utiliser la technique de localisation dans certaines théories de jauge N=1 et comment l'appliquer au calcul des valeurs moyennes des opérateurs chiraux. Nous discutons également de façon non-perturbative les équations d'anomalie généralisées de Konishi et le superpotentiel de Dijkgraaf-Vafa. La plupart des résultats exacts connus dans les théories de jauge N=1 sont reproduits, dont la condensation des gluinos et la brisure de la symétrie chirale. Nous insistons sur les idées et les résultats plutôt que sur les détails techniques. Ceux-ci sont décrits dans la seconde partie de ce mémoire, qui consiste en une reproduction fidèle des travaux publiés durant cette thèse.

La découverte d'une particule similaire au boson de Higgs, dernière pièce manquante du Modèle Standard (MS) de la physique des particules élémentaires, est en voie d'être confirmée par les expériences CMS et ATLAS du Large Hadron Collider du CERN. Cependant, il n'est pour le moment pas encore établit que les caractéristiques de la particule observée correspondent aux prédictions du MS. Cela, associé à d'autres observations (Matière Noire,...), motive l'analyse des extensions supersymétriques du MS comme le NMSSM. Nous étudions dans cette thèse la solution au problème de la hiérarchie des échelles d'énergie dans le NMSSM, lié aux divergences quadratiques de la masse du boson de Higgs, ainsi que la phénoménologie du NMSSM avec une brisure de la supersymétrie par interactions de jauge en tenant compte des dernières données du LHC. Enfin, nous détaillons les développements des codes de NMSSMTools effectués au cours de cette thèse~: l'introduction de Chaînes de Markov, le calcul du Fine Tuning, le calcul des cascades de désintégrations des partenaires supersymétriques en particules du MS et l'implémentation du NMSSM général. / The discovery of a particle similar to the Higgs boson predicted by the Standard Model (SM) of particle physics has been confirmed by the experiments CMS and ATLAS of the Large Hadron Collider at the CERN. However, it is not yet clear that the properties of this particle are those predicted by the SM. This, in addition with several other observations (Dark Matter,...), is a motivation for analysing supersymmetric extensions of the SM, as the NMSSM. We study in this thesis the solution of the Hierarchy problem in the NMSSM, linked with the quadratic divergences in the Higgs sector, and also the phenomenology of the NMSSM with gauge mediation supersymmetry breaking in the light of the latest data from the LHC. Finally, we present the developments made in the codes of the package NMSSMTools, featuring Monte Carlo Markov Chain methods, Fine Tuning calculus, the calculus of supersymmetric particle's cascade decays and the implementation of the general NMSSM.

Le modèle standard, bien qu’étant la théorie la plus complète et précise jamais conçue, mène toutefois à plusieurs problèmes et questions non résolues, tels le problème de la hiérarchie ou de l’origine de la masse des neutrinos. Parmi les solutions avancées, les plus populaires sont sans doute les théories de grande unification et l’ajout de la supersymétrie. L’inclusion simultanée de ces deux extensions du modèle standard semble d’ailleurs encouragée par l’unification des constantes de couplage. Toutefois, briser la supersymétrie constitue un obstacle de taille à la réalisation de modèles réalistes et nécessite donc l’introduction d’un secteur caché, découplé du modèle standard. Le présent mémoire a pour objectif de tester une unification totale du secteur caché et du modèle standard supersymétrique minimal unifié sous la bannière des théories supersymétriques pleinement unifiées. Pour délimiter l’étude de tels modèles, deux hypothèses sont posées : le mécanisme de brisure de supersymétrie du secteur caché est le mécanisme Intriligator-Seiberg-Shih et les brisures de symétrie jaugée surviennent par un mécanisme de Higgs avec un potentiel quartique. Un théorème no-go est par la suite démontré, stipulant qu’il est impossible d’avoir une théorie supersymétrique pleinement unifiée soumise à ces deux conditions. / The Standard Model, while being the most complete and precise theory ever built, possesses many flaws for which several solutions exist. Among the most popular are the Grand Unified Theories and supersymmetry. The introduction of both extensions simultaneously yields an even more elegant solution, since the coupling constants of the Minimal Supersymmetric Standard Model seems to converge into one unique point. However, the challenge that supersymmetry breaking represents is an obstacle to realistic model building and forces the need to break supersymmetry in a new sector, decoupled from the Minimal Supersymmetric Standard Model. This memoir aims to resolve this problem by suggesting the complete unification of the decoupled sector with the Minimal Supersymmetric Standard Model under the denomination Fully Supersymmetric Grand Unified Theories. To begin the study of such models, two assumptions are made: the supersymmetry breaking mechanism is the Intriligator-Seiberg-Shih mechanism, and the symmetry breaking mechanism is the Higgs mechanism with a quartic potential. Then, a no-go theorem is proved, showing that it is impossible to have a Fully Supersymmetric Grand Unified Theory for which these two conditions are satisfied.

La théorie des champs conformes est une théorie de champs quantiques obéissant à la symétrie conforme. Elle a trouvé des applications dans l'étude des phénomènes de transition de phases ainsi qu'en théorie des cordes . Étant donnée l'importance de la supersymétrie en théorie des cordes et physique des particules en général, il est dès lors naturel de rechercher des modèles de champs conformes obéissant à la supersymétrie. Dans ce mémoire, une généralisation supersymétrique d'un de ces modèles (la théorie des champs confornles parafermioniques) a ainsi été construite. Il a ensuite été vérifié que ce nouveau modèle respectait bien les contraintes d'associativité. Finalement, des paramètres de la théorie ont été calculés de deux manières différentes afin de s'assurer de la cohérence du modèle.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.