L'expérience CMS (Compact Muon Solenoid), construite sur l'anneau du LHC (Large Hadron Collider), enregistre des données provenant des collisions proton-proton depuis 2 ans. L'alignement entre toutes les couches du trajectographe, sous-détecteur de CMS permettant la reconstruction et la mesure de l'impulstion des particules chargées, est effectué à l'aide de traces de particules créées lors de la collision et des traces créées par le passage de muons d'origine cosmique à travers ce détecteur. La première partie de ce livre sera dédiée à la reconstruction des traces de ces muons lors des collisions. Une nouvelle méthode, appelée reconstruction cosmique régionale, a été développée et mise en place. L'efficacité de 69% et le taux de faux de l'ordre de 1% permettent l'utilisation de ces traces pour l'alignement. La deuxième partie, portant sur l'analyse des données de collision, s'intéressera à la recherche de particules prédites par un modèle d'extension du Modèle Standard, la Supersymétrie, dans un scénario particulier, le scénario du Stop Léger. Dans le cas d'un fort mélange dans la troisième génération de squarks, le stop, partenaire supersymétrique du quark top, peut être léger. Dans l'analyse effectuée au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés au cas au mstop < mtop. Dans le MSSM avec conservation de la R-parité, le gluino serait formé par paire et se désintégrerait en un squark stop et un quark top. Le stop se désintégrerait quant-à-lui en un quark c et un neutralino, particule supersymétrique la plus légère du modèle, stable et interagissant faiblement. Aucun excès par rapport aux prédictions du Modèle Standard n'a été relevé en utilisant les 40pb-1 de données enregistrées par CMS en 2010. Les limites obtenues à 95% de niveau de confiance permettent d'exclure des masses de stop jusqu'à 175 GeV pour des masses de gluinos allant jusqu'à 350 GeV et des faibles différences de masses entre le stop et le neutralino / The CMS experiment (Compact Muon Solenoid), built on the ring of the LHC (Large Hadron Collider), is recording data from proton-proton collisions for 2 years now. The alignment between all layers of the tracker, the sub-detector of CMS allowing the reconstruction and the measurement of the momentum of charged particles, is made by using tracks of particles created during collisions and tracks created by the passage of cosmic muons through this sub-detector. A first part of the presentation will be dedicated to the reconstruction of the tracks of these cosmic muons during collisions. A new method, called regional cosmic reconstruction, was developed and implemented. The 69 % efficiency and the fake rate around 1 % allow to use these tracks for the alignment. The second part, dedicated to the analysis of collision data, will concern the search of particles predicted by a model of extension of the Standard Model, the Supersymmetry, in a particular scenario, the light Stop scenario. In the case of a strong mixing in the third generation of squarks, the stop, supersymmetric partner of the top quark, could be light. In the analysis developped during this thesis, we were interested in the case where the mstop < mtop. In the MSSM with R-parity conservation, the gluino would be created by pair and would decay in a stop squark and a top quark. Stop would decays in a c quark and a neutralino, the lightest supereymmetric particle of the model, stable and interacting weakly. No excess with regards to Standard Model predictions was observed in 40pb-1 of data recorded by CMS in 2010. The limits obtained at 95 % confidence level allow to exclude masses of stop until 175 GeV for masses of gluinos going up to 350 GeV and low differences of masses between stop and neutralino

Une très grande effervescence secoue le monde de la physique des particules depuis le lancement du grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Cette énorme machine capable de faire se collisionner des protons à des énergies égales à 14 TeV promet de lever le voile sur la physique régissant les interactions à ces échelles d’énergies. Ces résultats sont d’autant plus attendus que l’on a acquis la certitude que le Modèle Standard de la physique des particules est incomplet et devrait, en fait, être interprété comme la théorie effective d’une théorie plus fondamentale. Toutefois, depuis le lancement des expériences au LHC avec des énergies de 7 puis de 8 TeV aucun signe de nouvelle physique n’a été découvert. Par contre, un énorme bond en avant a été franchi avec la découverte d’une particule scalaire de masse égale à 125 GeV et dont les propriétés sont relativement proches de celles du boson de Higgs telles que prédites par le Modèle Standard. C’est dans ce contexte de forte émulation internationale que mon travail de thèse s’est inscrit. Dans un premier temps, nous avons voulu explorer la phénoménologie associée au secteur des neutralinos et charginos du modèle supersymétrique symétrique gauche-droit. Cette étude peut être motivée par plusieurs raisons notamment le fait que leur caractère supersymétrique apporte une solution au problème dit de la hiérarchie mais implique aussi l’unification des constantes de jauge ainsi que l’explication de la matière noire. L’introduction de la symétrie entre les fermions gauchers et les fermions droitiers permet, quant à elle, d’expliquer naturellement, via le mécanisme dit de la balançoire, la petitesse de la masse des neutrinos mais aussi de répondre à plusieurs autres questions non solubles dans le cadre du Modèle Standard. Nous concentrant uniquement sur le secteur des charginos et neutralinos les plus légers, nous avons montré que ces modèles peuvent être facilement mis en évidence dans les évènements multi-leptoniques en ce sens que les signatures qu’ils induisent sont tr`es différentes comparées à celles du Modèle Standard et de sa version supersymétrique.[...] / The field of high-energy physics has been living a very exciting period of its history with the Large Hadron Collider (LHC) at CERN collecting data. Indeed, this enormous machine able to collide protons at a center of mass energy of 14 TeV promises to unveil the mystery around the physics at such energy scales. From the physicists side, the expectations are very strong as it isnowadays a certitude that the Standard Model of particle physics is incomplete and should, in fact, be interpreted as the effective theory of a more fundamental one. Unfortunately, the 7 and 8 TeV runs of the LHC did not provide any sign of new physics yet but there has been at least one major discovery in 2010, namely the discovery of a scalar particle with a mass of 125 GeV and whichproperties are very close to those of the Standard Model Higgs boson. Since then, many questions have come up as we now want to understand if it really is the Standard Model Higgs boson or if it exhibits any deviations. It is in this peculiar context that my research work was carried. In a first project, we, my supervisors, our collaborator and I, have wanted to explore thephenomenology associated with the neutralinos and charginos sector of the left-right symmetric supersymmetric model. Such an analysis can be motivated by several reasons such as the fact that the supersymmetric nature of these models provides a natural explanation for the infamous hierarchy problem, implies the unification of the gauge coupling constants at very high energy and provides a natural candidate for dark matter. In addition to these nice features, the left-right symmetry introduces a natural framework for explaining the smallness of neutrino masses but also helps in addressing several other unresolved issues in the Standard Model framework. Only focusing on the lightest charginos and neutralinos decaying into one or more light leptons, we have shown in our study that these models can be easily discovered in multi-leptonic final states as theylead to signatures very different from those induced by the Standard Model or its supersymmetric version.[...]

Nous avons réalisé une déformation non-triviale et complète de la théorie de supergravité maximale en dimension deux. Il s'agit de la supergravité maximale avec groupe de jauge SO(9). Cette théorie décrit de manière effective la supergravité de type IIA sur un espace-temps produit AdS_2 x S^8. Elle joue ainsi un rôle important dans la correspondance Gravité / Théorie de Jauge appliquée au cas de la D0-brane. Afin de préparer la construction de la supergravité maximale jaugée SO(9), nous nous intéressons aux supergravités maximales en dimension onze et trois, puisqu'elles donnent lieu à différentes formulations non équivalentes de la théorie bidimensionnelle non jaugée. Le formalisme d' « Embedding tensor » est ensuite présenté. Il permet de déterminer l'ensemble des groupes de jauges compatibles avec la supersymétrie maximale. La supergravité SO(9) est dès lors explicitement construite et ouvre la voie à deux applications importantes. P our commencer, nous avons réalisé l'inclusion d'un sous-secteur bosonique de la théorie SO(9), la troncature de Cartan, dans la supergravité de type IIA à dix dimensions d'espace-temps. Il s'agit d'une inclusion cohérente. Cela a motivé la deuxième application, de nature holographique. Ainsi, à partir du sous-secteur de Cartan de la supergravité SO(9), et en particulier de la découverte d'états fondamentaux de type « half-BPS », nous avons calculé un ensemble de fonctions de corrélation à un et deux points associées à des opérateurs de modèles de matrice duaux. Nous avons conclu en un résumé de nos travaux et en la présentation d'intéressantes perspectives. / A complete non trivial supersymmetric deformation of the maximal supergravity in two dimensions is achieved by the gauging of a SO(9) group. The resulting theory describes the reduction of type IIA supergravity on an AdS_2 x S^8 background and is of first importance in the Domain-Wall / Quantum Field theory correspondence for the D0-brane case. To prepare the construction of the SO(9) gauged maximal supergravity, we focus on the eleven dimensional supergravity and the maximal supergravity in three dimensions since they give rise to important off-shell inequivalent formulations of the ungauged theory in two dimensions. The embedding tensor formalism is presented, allowing for a general desciption of the gaugings consistent with supersymmetry. The SO(9) supergravity is explicitly constructed and applications are considered. In particular, an embedding of the bosonic sector of the two-dimensional theory into type IIA supergravity is obtained. Hence, the Cartan truncation of the SO(9) supergravity is proved to be consistent. This motivated holographic applications. Therefore, correlation functions for operators in dual Matrix models are derived from the study of gravity side excitations around half BPS backgrounds. These results are fully discussed and outlooks are presented.

Dans la première partie de cette thèse, je présenterai le 5D MSSM qui est un modèle super symétrique avec une dimension supplémentaire. (Five Dimensional Minimal Supersymmetric Standard Model). Apres compactification sur l'orbifold S1/Z2, le calcul des équations du groupe de renormalisation (RGE) à une boucle montre un changement dans l'évolution des paramètres phénoménologiques. Dès que l'énergie E = 1/R est atteinte, les états de Kaluza- Klein interviennent et donnent des contributions importantes. Plusieurs possibilités pour les champs de matière sont discutés : ils peuvent se propager dans le "bulk" ou ils sont localisés sur la "brane". Je présenterai d'une part l'évolution des équations de Yukawa dans le secteur des quarks ainsi que les paramètres de la matrice CKM, d'autre part, les effets de ce modèle sur le secteur des neutrinos notamment les masses, les angles de mélange, les phases de Majorana et de Dirac. Dans la deuxième partie, je parlerai du modèle AMSB et ses extensions (MM-AMSB et HCAMSB). Ces modèles sont des scenarios de brisure assez bien motivés en super symétrie. En calculant des observables issues de la physique des particules puis en imposant des contraintes de cosmologie standard et alternative sur ces scénarios, j'ai déterminé les régions qui respectent les contraintes de la matière noire et les limites de la physique des saveurs. Je reprendrai ensuite l'analyse de ces modèles en utilisant de nouvelles limites pour les observables. La nouvelle analyse est faite en ajoutant les mesures récentes sur la masse du Higgs et les rapports de branchement pour plusieurs canaux de désintégrations / In the first part of this thesis, we review the Universal Extra-Dimensional Model compactified on a S1/Z2 orbifold, and the renormalisation group evolution of quark and lepton masses, mixing angles and phases both in the UED extension of the Standard Model and of the Minimal Supersymmetric Standard Model (the five-dimensional MSSM). We consider two typical scenarios: all matter fields propagating in the bulk, and matter fields constrained on the brane. The two possibilities give rise to quite different behaviours. For the quark sector we study the Yukawa couplings and various flavor observables and for the neutrino sector, we study the evolution of neutrino masses, mixing angles and phases. The analysis is performed in the two cases for different values of tan β and different radii of compactification. The resulting renormalization group evolution equations in these scenarios are compared with the existing results in the literature, together with their implications. In the second part, we present a simulation study about anomaly mediated supersymmetry breaking and its extensions. Anomaly mediation is a popular and well motivated supersymmetry breaking scenario. Different possible detailed realisations of this set-up are studied and actively searched for at colliders. Apart from limits coming from flavour, low energy physics and direct collider searches, these models are usually constrained by the requirement of reproducing the observations on dark matter density in the universe. We reanalyse these bounds and in particular we focus on the dark matter bounds both considering the standard cosmological model and alternative cosmological scenarios. We briefly discuss the implications for phenomenology and in particular at the Large Hadron Collider. After that we update our analysis by using new limits from observables and adding recent Higgs boson measurements for the mass and signal strengths in different decay channels

Le Modèle Standard de la physique des particules (MS) est une théorie fondamentale de la nature dont la validité a été largement établie par diverses expériences. Par contre, quelques problèmes théoriques et expérimentaux subsistent, ce qui motive la recherche de théories alternatives. La Supersymétrie (SUSY), famille de théories dans laquelle une nouvelle particule est associée à chaque particules du MS, est une des théories ayant les meilleures motivations pour étendre la portée du modèle. Par exemple, plusieurs théories supersymétriques prédisent de nouvelles particules stables et interagissant seulement par la force faible, ce qui pourrait expliquer les observations astronomiques de la matière sombre. La découverte de SUSY représenterait aussi une importante étape dans le chemin vers une théorie unifiée de l'univers. Les recherches de supersymétrie sont au coeur du programme expérimental de la collaboration ATLAS, qui exploite un détecteur de particules installé au Grand Collisioneur de Hadrons (LHC) au CERN à Genève, mais à ce jours aucune preuve en faveur de la supersymétrie n'a été enregistrée par les présentes analyses, largement basées sur des techniques simples et bien comprises. Cette thèse documente l'implémentation d'une nouvelle approche à la recherche de particules basée sur l'apprentissage profond, utilisant seulement les quadri-impulsions comme variables discriminatoires; cette analyse utilise l'ensemble complet de données d'ATLAS enregistré en 2015-2018. Les problèmes de la naturalité du MS et de la matière sombre orientent la recherche vers les partenaires supersymétriques du gluon (le gluino), des quarks de troisième génération (stop et sbottom), ainsi que des bosons de gauge (le neutralino). Plusieurs techniques récentes sont employées, telles que l'utilisation directe des quadri-impulsions reconstruites à partir des données enregistrées par le détecteur ATLAS ainsi que la paramétrisation d'un réseau de neurone avec les masses des particules recherchées, ce qui permet d'atteindre une performance optimale quelle que soit l'hypothèse de masses. Cette méthode améliore la signification statistique par un facteur 85 par rapport au dernier résultat d'ATLAS pour certaines hypothèses de masses, et ce avec la même luminosité. Aucun excès signifif au-delà du Modèle Standard n'est observé. Les masses du gluino en deçà de 2.45 TeV et du neutralino en deça de 1.7 TeV sont exclues à un niveau de confiance de 95%, ce qui étend largement les limites précédentes sur deux modèles de productions de paires de gluinos faisant intervenir des stops et des sbottoms, respectivement. / The Standard Model of particle physics (SM) is a fundamental theory of nature whose validity has been extensively confirmed by experiments. However, some theoretical and experimental problems subsist, which motivates searches for alternative theories to supersede it. Supersymmetry (SUSY), which associate new fundamental particles to each SM particle, is one of the best-motivated such theory and could solve some of the biggest outstanding problems with the SM. For example, many SUSY scenarios predict stable neutral particles that could explain observations of dark matter in the universe. The discovery of SUSY would also represent a huge step towards a unified theory of the universe. Searches for SUSY are at the heart of the experimental program of the ATLAS collaboration, which exploits a state-of-the-art particle detector installed at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN in Geneva. The probability to observe many supersymmetric particles went up when the LHC ramped up its collision energy to 13~TeV, the highest ever achieved in laboratory, but so far no evidence for SUSY has been recorded by current searches, which are mostly based on well-known simple techniques such as counting experiments. This thesis documents the implementation of a novel deep learning-based approach using only the four-momenta of selected physics objects, and its application to the search for supersymmetric particles using the full ATLAS 2015-2018 dataset. Motivated by naturalness considerations as well as by the problem of dark matter, the search focuses on finding evidence for supersymmetric partners of the gluon (the gluino), third generation quarks (the stop and the sbottom), and gauge bosons (the neutralino). Many recently introduced physics-specific machine learning developments are employed, such as directly using detector-recorded energies and momenta of produced particles instead of first deriving a restricted set of physically motivated variables and parametrizing the classification model with the masses of the particles searched for, which allows optimal sensitivity for all mass hypothesis. This method improves the statistical significance of the search by up to 85 times that of the previous ATLAS analysis for some mass hypotheses, after accounting for the luminosity difference. No significant excesses above the SM background are recorded. Gluino masses below 2.45 TeV and neutralino masses below 1.7 TeV are excluded at the 95% confidence level, greatly increasing the previous limit on two simplified models of gluino pair production with off-shell stops and sbottoms, respectively.

Cette thèse intitulée « Studies of fractional D-branes in the gauge/gravity correspondence & Flavored Chern-Simons quivers for M2-branes » se place dans le cadre de la théorie des cordes, en physique théorique. Elle consiste en une introduction suivie de deux parties. Dans l'introduction sont résumés les différents outils de théorie des cordes qui seront utilisés. <p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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. <p><p>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. /<p><p>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 être calculées sans approximations, à partir d'une approche basée sur l'intégrale fonctionnelle sur les champs microscopiques. <p><p>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.<p>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. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

La désintégration radiative du méson B en méson étrange axiale, B--> K1(1270) gamma, a été observée récemment avec un rapport d'embranchement assez grand que B--> K* gamma. Ce processus est particulièrement intéressant car la désintégration du K1 dans un état final à trois corps nous permet de déterminer la polarisation du photon, qui est surtout gauche (droit) pour Bbar(B) dans le Modèle Standard tandis que des modèles divers de nouvelle physique prédisent une composante droite (gauche) supplémentaire. Dans cette thèse, une nouvelle méthode est proposée pour déterminer la polarisation, en exploitant la distribution totale du Dalitz plot, qui semble réduire considérablement les erreurs statistiques de la mesure du paramètre de la polarisation lambda_gamma.Cependant, cette mesure de la polarisation nécessite une connaissance détaillée de la désintégration forte K1--> K pi pi : c'est-à-dire l'ensemble complexe des différentes amplitudes d'ondes partielles en plusieurs canaux en quasi-deux-corps ainsi que leurs phases relatives. Un certain nombre d'expériences ont été faites pour extraire ces informations bien qu'il reste divers problèmes dans ces études. Dans cette thèse, nous étudions en détail ces problèmes en nous aidant d'un modèle théorique. Nous utilisons ainsi le modèle 3P0 de création d'une paire de quarks pour améliorer notre compréhension des désintégrations fortes du K1.A partir de ce modèle nous estimons les incertitudes théoriques : en particulier, celle venant de l'incertitude de l'angle de mélange du K1, et celle due à l'effet d'une phase ``off-set'' dans les désintégrations fortes en ondes-S. Selon nos estimations, les erreurs systématiques se trouvent être de l'ordre de sigma(lambda_gamma)^th<20%. D'autre part nous discutons de la sensibilité des expériences futures, notamment les usines SuperB et LHCb, pour lambda_gamma. En estimant naïvement les taux annuels d'évènements, nous trouvons que l'erreur statistique de la nouvelle méthode est sigma(lambda_gamma)^stat<10%, ce qui est deux fois plus petit qu'en utilisant seulement les distributions angulaires simples.Nous discutons également de la comparaison avec les autres méthodes de mesure de la polarisation en utilisant les processus tels que B--> K* e^+ e^-, Bd--> K* gamma et Bs--> phi gamma, pour la détermination du rapport des coefficients de Wilson C7gamma^‘eff/C7gamma^eff. Nous montrons un exemple de contraintes possibles sur C7gamma^‘eff/C7gamma^eff dans plusieurs scénarios de modèles supersymétriques. / Recently the radiative B-decay to strange axial-vector mesons, B--> K1(1270) gamma, was observed with a rather large branching ratio. This process is particularly interesting as the subsequent K1-decay into its three-body final state allows us to determine the polarization of the photon, which is mostly left(right)-handed for Bbar(B) in the Standard Model while various new physics models predict additional right(left)-handed components. In this thesis, a new method is proposed to determine the polarization, exploiting the full Dalitz plot distribution, which seems to reduce significantly the statistical errors on the polarization parameter lambda_gamma measurement.This polarization measurement requires, however a detailed knowledge of the K1--> K pi pi strong interaction decays, namely, the complex pattern of the various partial wave amplitudes into several possible quasi-two-body channels as well as their relative phases. A number of experiments have been done to extract all these information while there remain various problems in the previous studies. In this thesis, we investigate the details of these problems. As a theoretical tool, we use the 3P0 quark-pair-creation model in order to improve our understanding of strong K1 decays.Finally we try to estimate some theoretical uncertainties: in particular, the one coming from the uncertainty on the K1 mixing angle, and the effect of a possible ``off-set'' phase in strong decay S-waves. According to our estimations, the systematic errors are found to be of the order of sigma(lambda_gamma)^th<20%. On the other hand, we discuss the sensitivity of the future experiments, namely the SuperB factories and LHCb, to lambda_gamma. Naively estimating the annual signal yields, we found the statistical error of the new method to be sigma(lambda_gamma)^stat<10% which turns out to be reduced by a factor 2 with respect to using the simple angular distribution.We also discuss a comparison to the other methods of the polarization measurement using processes, such as B--> K* e^+ e^-, Bd--> K* gamma and Bs--> phi gamma, for the determination of the ratio of the Wilson coefficients C7gamma^‘eff/C7gamma^eff. We show an example of the potential constraints on C7gamma^‘eff/C7gamma^eff. in several scenarios of supersymmetric models.

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