Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse décrit la recherche de nouvelles particules scalaires octets de couleur dans les données de l'expérience ATLAS auprès du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Pour une large gamme de masse, la désintégration de ces scalaires en deux partons du MS domine. Cela motive la recherche de ces nouveaux scalaires dans des états finaux multijet, où ils se signaleraient comme des résonances dijet. Comme les nouveaux scalaires sont produits par paires, un état final contenant au moins quatre jets est utilisé comme environnement de recherche. Une méthode est développée pour extraire une possible résonance multijet scalaire du grand fond QCD et est utilisée pour chercher de tels scalaires dans les données de l'expérience ATLAS collectées en 2010 et 2011. Les données sont en accord avec l'estimation du fond et des limites sont posées sur la section efficace de production des scalaires en fonction de leur masse. En interprétant ces limites dans des modèles de supersymétrie, le gluon scalaire du MRSSM et du modèle hybride N=1/N=2 est exclu à 95 % CL entre 100 et 287 GeV. Les limites sont aussi interprétées dans un modèle de symétrie de jauge à la QCD, où le sgluon est remplacé par l'hyperpion qui est exclu dans une gamme de masse légèrement plus restreinte de part sa section efficace plus faible. / This thesis describes the search for new color-octet scalar particles in the ATLAS experiment data at the Large Hadron Collider (LHC). For a wide range of mass, the decay of the scalar to two SM partons dominates. This motivates the search for these new scalars in multijet final states, where they would manifest as dijet resonances. As the new scalars are products in pairs, a final state containing at least four jets is used as a search environment. A method is developed to extract a possible scalar resonance from the multijet QCD background and is used to search for such scalar in the data from the ATLAS experiment collected in 2010 and 2011. The data are in agreement with the estimation of the background and limits are set on the scalar production cross section as a function of the scalar mass. Interpreting these limits in models of supersymmetry, the scalar gluon of the MRSSM and of the hybrid N=1/N=2 model is excluded at the 95 % CL between 100 and 287 GeV. Limits are also interpreted in a model of gauge symmetry à la QCD, where the sgluon is replaced by the hyperpion excluded in a mass range slightly smaller because of its smaller cross section.

L’étude des propriétés du boson de Higgs représente une excellente opportunité pour la recherche de Nouvelle Physique. En particulier, sa masse est mesurée avec une précision impressionnante, de l’ordre de 0.1%, tandis qu’elle est aussi prédite par certains modèles au-delà du Modèle Standard, notamment les modèles supersymétriques. Le but de cette thèse est de faire avancer le calcul des corrections radiatives aux masses des scalaires dans les modèles au-delà du Modèle Standard, ainsi que l’automatisation de ces calculs, afin d’établir ou d’améliorer les limites sur les couplages entre la Nouvelle Physique et le boson de Higgs. Nous calculons d’abord les corrections dominantes à deux boucles, de la forme O(alpha_s alpha_t), aux masses des scalaires neutres dans les modèles supersymétriques à jauginos de Dirac. Ensuite, nous montrons comment surmonter la Catastrophe des Bosons de Goldstone, un cas de divergences infrarouges dues aux bosons de Goldstones de masses nulles qui affecte les calculs de potentiels effectifs, d’équations « tadpoles » et d’énergies propres, en adoptant un schéma de renormalisation « on-shell » pour les masses des bosons de Goldstone. Nous illustrons la mise en œuvre numérique de notre solution dans le programme SARAH, et finalement, nous considérons le comportement aux hautes énergies de modèles non-supersymétriques avec des secteurs scalaires étendus. / The Standard Model-like Higgs boson provides an excellent setting for the indirect search of New Physics, through the study of its properties. In particular its mass is now measured with an astonishing precision, of the order of 0.1%, while being predicted in some models of Beyond the Standard Model (BSM) Physics, such as supersymmetric (SUSY) models. The main purpose of this thesis is to push further the calculation of radiative corrections to Higgs boson masses in BSM models, as well as the automation of these calculations, in order to set or improve constraints on New Physics coupling to the Higgs boson. A first chapter is devoted to the computation of the leading two-loop O (alpha_s alpha_t) corrections to neutral scalar masses in SUSY models with Dirac gauginos. Then, we show to address the Goldstone Boson Catastrophe -- a case of infra-red divergences due to massless Goldstone bosons that plague the calculation of effective potentials, tadpole equations, and self-energies -- in the context of general renormalisable field theories, by adopting an on-shell renormalisation scheme for the Goldstone masses. Afterwards, we illustrate the numerical implementation of our solution to the Goldstone Boson Catastrophe in the public tool SARAH. Finally, in a last chapter, we consider the high-scale behaviour of non-supersymmetric models with extended Higgs sectors.

DO est l'une des 2 expériences du collisionneur p-pbar du Fermi National Accelerator Laboratory près de Chicago. Après 5 années d'arrêt, le Run II a débuté en mars 2001. Il permettra d'explorer de nouveaux domaines de masses de squarks et de gluinos, particules supersymétriques dont la signature en jets et énergie transverse manquante est l'objet de ce travail. Mais, avant le démarrage, j'ai travaillé sur des améliorations hardware et software de la mesure de l'énergie, essentielle pour les jets et l'énergie transverse manquante.<br> Une simulation des chaînes de lecture et de calibration de chaque voie du calorimètre a été réalisée. Son résultat dépend de 8 grandeurs caractéristiques qui ont été extraites par traitement du signal de mesures de réflectométrie temporelle. Elle permettra de définir une stratégie de calibration du calorimètre.<br> Une clusterisation des dépôts d'énergie calorimétrique a été réalisée (cel1NN) basée sur la cellule et non la tour et exploitant au maximum la granularité du calorimètre notamment en débutant dans le Sème compartiment électromagnétique, 4 fois plus granulaire que les autres. L'information longitudinale permet de séparer les particules électromagnétiques et hadroniques superposées. Ainsi, tous les éléments indispensables â la reconstruction individuelle des gerbes sont mis en oeuvre.<br> Puis, l'energy flow combine les clusters ce11NN et les traces reconstruites dans la cavité centrale pour conserver la meilleure mesure de l'énergie et améliorer ainsi la reconstruction du flux d'énergie de chaque événement.<br> L'efficacité des déclenchements calorimétriques actuels a été déterminée et utilisée pour une recherche de squarks et gluinos utilisant des événements Monte Carlo dans le cadre de mSUGRA. Une limite inférieure sur les masses des squarks et des gluinos qu'atteindra DO avec 100 pb-1 de luminosité est prédite â partir d'outils de reconstruction standards; elle pourra être améliorée grâce à l'utilisation de l'energy flow.

Ce mémoire aborde la problématique de la matière noire, sous des angles à la fois phénoménologiques et expérimentaux. Dans le MSSM, la matière noire froide et non-baryonique, mise en évidence aux différentes échelles de l'univers par ses effets gravitationnels, trouve une origine sous la forme de fermions de Majorana : les neutralinos. Ces particules peuvent en principe s'annihiler dans zones où elles sont naturellement concentrées, comme le coeur des halos de galaxies, et être à l'origine de rayonnement gamma. Or, les flux prédits pour ces modèles sont génériquement faibles au regard des sensibilités expérimentales. Après avoir établi des prédictions de flux de photons gamma pour les galaxies M31 et Draco dans le cadre du MSSM, nous généralisons les couplages du MSSM au moyen d'un lagrangien effectif. Nous montrons que la seule contrainte d'une densité fossile d'intérêt cosmologique suffit évidemment à réduire considérablement les flux de photons, indépendamment de la nature quantique de la matière noire (fermions de Dirac/Majorana), mais que des couplages effectifs permettent d'atteindre des prédictions plus optimistes. Enfin, nous présentons la recherche de signature de matière noire supersymétrique opérée avec le télescope à effet Tcherenkov CELESTE, reposant sur l'observation de la galaxie M31. Nous développons une méthode de reconstruction spectrale, préalable à la recherche d'un signal exotique. L'analyse des données collectées sur M31 permet d'obtenir la première limite expérimentale sur une galaxie dans l'intervalle 50-500 GeV, et fournit une information astrophysique dépassant la seule problématique de la matière noire.

Le Modèle Standard fournit une explication satisfaisante des phénomènes subatomiques à basse énergie (<1 TeV). Au-delà, d'autres modèles doivent être envisagés. Parmi eux, la Supersymétrie offre, de manière élégante, des solutions à quelques unes des insuffisances du Modèle Standard.<br />Le travail présenté dans ce document concerne la recherche d'un signal supersymétrique caractérisé par la production de deux stops se désintégrant en deux jets de b, un électron, un muon et de l'énergie manquante. Cette étude a été menée auprès de l'expérience DØ, située sur l'anneau du Tevatron à FermiLab (Chicago, USA) et dont l'énergie dans le centre de masse atteint 1,96 TeV. L'analyse de ce signal porte sur les données collectées pendant la phase IIa du détecteur DØ, d'avril 2003 à mars 2006 (~1fb^-1). L'étude d'un tel signal requiert une bonne maîtrise des différents sous-détecteurs ; aussi bien du calorimètre (électron, jet et énergie transverse manquante) que des détecteurs de muon et des trajectographes.<br />Le Tevatron est un collisionneur hadronique et le nombre de processus du Modèle Standard présentant la même signature que le signal recherché est faible. Le bruit de fond de cette analyse est donc dominé par les processus QCD. Après l'application de critères de sélection permettant de diminuer principalement cette contribution, aucun excès significatif des données par rapport aux prévisions du Modèles Standard n'a été observé. La sensibilité de l'expérience DØ a été améliorée et le domaine d'exclusion dans le plan [m˜_nu,m˜_t1 ] étendu jusqu'à des masses de stop de 170 GeV/c2 et de sneutrino de 105 GeV/c2.<br />De plus, une partie de mon travail préparatoire a consisté dans l'élaboration d'un outil de discrimination des objets calorimétriques au niveau 3 de déclenchement ; ainsi que la calibration des deux chaînes de lecture simulées au niveau 1.

Ces dernières années ont connu de grandes avancées en cosmologie et en astrophysique grâce à l'incroyable précision atteinte par les mesures des paramètres cosmologiques. La matière Noire (MN) apporte un lien entre ces mesures et celles effectuées en collisionneurs comme le LHC ou le collisionneur linéaire qui permettra d'augmenter encore la précision sur les propriétés de la MN. Les prédictions théoriques doivent alors atteindre la même précision que les mesures expérimentales portant sur la MN. Le neutralino du Modèle Standard Supersymétrique Minimal (MSSM) est un excellent candidat de MN. Le travail de cette thèse porte sur le développement d'un programme de renormalisation complet et cohérent du MSSM permettant le calcul à une boucle de toutes sortes de processus. Pour faciliter l'implémentation de ce programme qui tient compte d'un grand nombre de paramètres du modèle ainsi que d'un nombre incroyable de diagrammes de Feynman, un outil automatique a été développé. Celui-ci a permis d'étudier une grande variété d'applications à une boucle, de la détermination des masses, des désintegrations, des sections efficaces aux collisionneurs jusqu'à la prédiction de la densité relique de MN froide pour différents scénarios. D'un point de vue théorique, plusieurs schémas de renormalisation du paramètre tan(β) ainsi que leur dépendance de jauge ont été analysés, ceci en partie grâce à l'utilisation d'une fixation de jauge non linéaire qui a permis de généraliser certaines identités de Ward du secteur de Higgs.

Le sujet de cette thèse est la recherche de particules supersymétriques dans l'expérience D0 auprès de l'accélérateur du Tevatron où se produisent des collisions protons-antiprotons à une énergie $\sqrt{s}=1.96 TeV dans le centre de masse. De nombreux argument plaident en faveur du fait que le Modèle Standard malgré ses nombreux succès ne serait qu'une théorie effective décrivant les interactions à basse énergie entre les particules élémentaires. Le Tevatron étant à l'heure actuelle le collisionneur le plus énergétique au monde permet de rechercher les particules supersymétriques non découvertes à ce jour. L'analyse a porté sur un échantillon de données correspondant à une luminosité intégrée de 352 pb$ç{-1}$ (2001-2004). Le modèle supersymétrique retenu est celui où la R-partité est non-conservée par couplage $\lambda_133}$. L'état final peut être caractérisé par la présence de deux électrons, d'énergie transverse manquante et d'au moins un tau se désintégrant de façon hadronique. Aucun excès d'événéments avec une telle signature n'ayant été identifié, de nouvelles limites inférieures sur les masses des neutralinos et charginos ont été obtenues. Afin de pouvoir mener cette analyse à bien nous avons au préalable développé une méthode d'identification des leptons taus dans leurs modes hadroniques. Cette méthode s'appuie sur des réseaux de neurones et utilise les informations du calorimètre et du trajectographe ayant trait à l'isolation et aux dépôts énergétiques longitudinaux et transverses des taus. L'efficacité et la validité de cette méthode ont été estimées dans les données à l'aide du processus Z $\rightarrow \tau \tau \rightarrow \mu \tau _hadr}$. Cette méthode d'identification à l'aide de réseaux de neurones permet de rejeter l'important bruit de fond des jets QCD d'un facteur 100 pour environ 50% d'efficacité. Elle est à l'heure actuelle un outil officiel de l'expérience D0.

Le Modèle Standard de la physique des particules a été remarquablement testé auprès des grands accélérateurs jusqu'à une énergie de l'ordre du TeV. Malgré ses succès, un grand nombre de problèmes restent sans solution. Par exemple, le Modèle Standard ne permet pas d'expliquer l'origine de la prépondérance de la matière sur l'antimatière, ni l'origine du rapport 1016 entre l'échelle de brisure électrofaible et l'échelle de Planck. Les interactions électrofaibles et fortes ne sont pas unifiées et de plus, la gravité est absente. Cette thèse s'interesse à différents aspects phénoménologiques des théories d'extension du Modèle Standard. La première partie porte sur la baryogénèse électro- faible dans le Modèle Standard Supersymétrique Minimal et plus spécifiquement sur la dynamique de la transition de phase électrofaible. La deuxième partie est consacrée au problème de la brisure spontanée de la supergravité dans les théories de cordes effectives, les seules théories offrant l'espoir d'une description unifiée des interactions gravitationnelles avec les autres forces fondamentales. Enfin, la dernière partie discute un certain nombre de modèles phénoménologiques utilisant les propriétés des branes et la présence de dimensions supplémentaires afin de reformuler le problème de hiérarchie de jauge en termes géométriques.

La théorie électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg est l'une des plus belles réussites de la théorie des champs ; elle est testée avec une grande précision dans les expériences de physique des particules. Néanmoins, cette théorie souffre de quelques insuffisances en ce sens qu'un certain nombre de paramètres, notamment ceux caractérisant la masse des particules élémentaires, prennent des valeurs peu naturelles au sens de 't Hooft. De surcroît, les forces de gravitation, dont la quantification pose de sérieuses difficultés, ne sont pas prises en compte. L'objet de cette thèse est l'étude de théories d'extension du modèle standard inspirées de la théorie des cordes. Cette étude possède un aspect théorique avec la construction de théories effectives décrivant la dynamique d'objets solitoniques de la théorie des cordes en couplage fort, et offre également une approche plus phénoménologique par l'examen des conséquences, observables à basse énergie, des symétries des théories à haute énergie : ces symétries pourraient par exemple être à l'origine de la hiérarchie de masse des fermions. Il est également montré comment caractériser le vide de la théorie des cordes en couplage fort par les propriétés géométriques de l'espace compactifié, caractérisation conduisant à une solution phénoménologiquement acceptable aux problèmes de l'unification de la gravitation et de la brisure spontanée de la supergravité.