Des progr ès exp erimentaux importants sont en cours dans l' étude des d ésint égrations rares de m ésons contenant un quark beau et impliquant un quark étrange et une paire de leptons. Le travail pr ésent mesure la port ée indirecte de ces progr ès sur des extensions supersym etriques du mod èle standard. Même dans des mod èles contraints, les limites indirectes ainsi obtenues peuvent dans certains cas être plus fortes que celles provenant de la recherche directe de particules supersym étriques. La pr écision gagn ée par les facteurs de forme et les corrections d'ordre sup érieur nouvellement impl ément és dans le programme public "SuperIso" montrent alors leur importance.

Detector mis-modelling or hardware problems may cause an excess of Missing Transverse Energy (MET) to be inferred in physics events recorded in ATLAS, leading to higher than expected backgrounds for new physics. In particular, non-Gaussian tails in the MET distribution are unlikely to be well modelled in Monte Carlo simulations. To account for this, a technique has been established to improve the background predictions derived from Monte Carlo simulations. This is done using a correction derived through comparison of control samples in data and Monte Carlo simulation. Two different control samples are used to create the correction, giving a range of predictions for the shape of the MET tail and aiding the calculation of systematic errors. This technique is then applied to several samples which are potential backgrounds to new physics which give detector signatures which include MET. / Graduate

La supersymétrie est une des théories privilégiées pour expliquer la physique au-delà du Modèle Standard. Le LHC, qui fonctionne à des énergies de centre de masse les plus élevées jusqu’à ce jour, procure une opportunité inégalée de vérifier si cette théorie existe. Le traitement des électrons de signal occupe une place importante dans la recherche de supersymétrie qui inclut des leptons (électrons et muons) dans les états finaux du détecteur ATLAS. En raison des nombreuses sources de di-leptons de charge opposée dans le Modèle Standard et de leur contribution significative dans la recherche de bruit de fond, l’identification de la charge des électrons revêt une très grande importance pour les processus qui impliquent des états finaux consistant en des paires de leptons de même signe. Une estimation du taux d’erreur d’identification de la charge des électrons est présentée au moyen d’une fonction de vraisemblance, une méthode qui a déjà depuis été utilisée avec succès par la communauté d’ATLAS afin d’estimer le bruit de fond dû à une erreur d’identification de charge des électrons. En revanche, les processus qui impliquent la production de paires de gluinos lourds sont fortement motivés par le problème de naturalité ainsi que par le fait que leurs sections efficaces de production sont élevées. Une recherche de paires de gluinos utilisant des données récoltées durant la période 2015-2016 à √s = 13 TeV et correspondant à une luminosité de 36.1 fb⁻¹ est présentée. Les particules à l'état final one une grande impulsion transverse et plusieurs jets sont présents, dont au moins trois doivent être des jets-b. Le canal leptonique, qui nécessite en plus au moins un lepton (un électron ou un muon), est discuté en détail, y compris le schéma de suppression de chevauchement entre jet et muon en fonction du p_T du muon ainsi que l'optimisation des régions de signal. Aucune découverte n'est revendiquée. Des limites indépendantes du modèle sont extraites sur la section efficace visible pour les nouveaux processus physiques, et des limites dépendantes du modèle sont extraites en fonction des masses du gluino et du neutralino. Les masses de gluinos inférieures à 1.97 TeV pour les masses de neutralinos inférieures à environ 300 GeV sont exclues avec un niveau de confiance de 95%, montrant une amélioration marquée par rapport à la même analyse en utilisant uniquement l'ensemble de données de 2015. Les désintégrations de quarks top boostés, dans laquelle les particules filles des quarks top se trouvent près les uns des autres, vont se produire plus fréquemment dans Run 2 car l’énergie du centre-de-masse du LHC a subi une mise à niveau à 13 TeV à partir du début de 2015. Dans les recherches qui impliquent des particules supersymétriques se désintégrant en quarks top, ces désintégrations conduisent à une augmentation considérable de l'acceptation du signal lorsque des électrons se chevauchant avec des jets sont acceptés. Une discussion de la méthode et de la mesure initiale des efficacités d'identification pour les électrons se chevauchant avec des jets est présentée, représentant la première tentative de telles mesures pour les électrons produits à l'intérieur des quarks top boostés. / Supersymmetry is currently the leading candidate for physics beyond the Standard Model. The LHC, operating as the highest centre-of-mass energy collider to date, has been providing physicists with ample opportunities for verifying if supersymmetry exists. The treatment of signal electrons represents a significant part in searches for supersymmetry that involve leptons (electrons and muons) in the final state at ATLAS. In processes that can yield a final state that consists of a pair of same-sign leptons, correct electron charge measurement is extremely important, because of the potentially large contribution to the background due to (overwhelmingly) large Standard Model sources of opposite-sign dileptons. An estimation of the rate of electron charge mis-identification by a likelihood function is presented; the method has been applied to correct simulation predictions for mis-identification rates by the ATLAS collaboration. On the other hand, processes that target gluino pair-production are highly motivated by the naturalness problem and their high cross-section at the LHC. A search on the data collected in the 2015-2016 period, at √s = 13 TeV and corresponding to an integrated luminosity of 36.1 fb⁻¹, is presented. The final state consists of large missing transverse momentum and multiple jets, of which at least three must be b-jets. The leptonic channel, which requires in addition at least one lepton (an electron or a muon), is discussed in detail, including the boosted p_T-dependent muon-jet overlap-removal scheme used in the analysis as well as the optimization of the signal regions. No discovery is claimed. Model-independent limits are set on the visible cross-section for new physics processes, and model-dependent limits are set for gluino and neutralino masses. Gluino masses of less than 1.97 TeV for neutralino masses below approximately 300 GeV are excluded at the 95% CL, showing an improvement over the same analysis using the 2015 dataset alone. Boosted top quark decays, in which the daughter particles of the top quarks are found close to each other, were expected to occur more frequently as the centre-of-mass of the LHC underwent an upgrade to 13 TeV starting early 2015. In supersymmetry searches that involve supersymmetric particles decaying into the Standard Model top quarks, such decays lead to a considerable increase in signal acceptance as electrons overlapping with jets are selected. A discussion of the method and the initial measurement of the identification efficiencies for electrons overlapping with jets is presented, representing the first attempt at such measurements for electrons produced inside boosted top quarks.

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Je discute quelques activités récentes en deux parties indépendantes. La première partie décrit une technique de resommation particulière des séries perturbatives qui peut donner des résultats non-perturbatifs dans certains cas. On détaille quelques applications en théorie des champs et de la matière condensée. Dans la deuxième partie, on développe quelques activités récentes en phénoménologie du modèle supersymétrique standard minimal, concernant le calcul précis du spectre de masse des particules supersymétriques, le calcul de la densité relique de matière noire supersymétrique, et les contraintes théoriques et expérimentales actuelles qu'on peut en déduire sur certains modèles.

Les preuves astronomiques stipulent qu'environ 4\% de la densité de masse-énergie de l'univers serait composé d'atomes. Le reste est séparé entre la matière sombre, qui représente 24\% de la densité de masse-énergie, et l'énergie sombre, qui s'accapare les 71\% restant. Le neutralino est une particule prédite par la théorie de la supersymétrie et est un candidat à la composition de la matière sombre. Le Projet d'Identification des Candidats Supersymétriques Sombres (PICASSO) vise à détecter le neutralino en utilisant des détecteurs à gouttelettes de C$_4$F$_{10}$ en surchauffe. Lors du passage d'une particule dans les gouttelettes de C$_4$F$_{10}$, une transition de phase aura lieu si l'énergie déposée est au-delà du seuil prédit par le critère de nucléation d'une transition de phase (théorie de Seitz). L'onde acoustique émise durant la transition de phase est ensuite transformée en impulsion électrique par des capteurs piézoélectriques placés sur le pourtour du détecteur. Le signal est amplifié, numérisé puis enregistré afin de pouvoir être analysé par des outils numériques. L'ouvrage qui suit présente les travaux effectués sur la compréhension des signaux des détecteurs à gouttelettes en surchauffe dans le but d'améliorer la discrimination du bruit de fond. Un détecteur à petites gouttelettes, r $\approx 15\mu m$ a été étudié et comparé à une simulation Monte Carlo. Il s'est avéré que les possibilités de discrimination du bruit de fond provenant des particules alpha étaient réduites pour un détecteur à petites gouttelettes, et ce en accord avec le modèle théorique. Différentes composantes du système d'acquisition ont été testées dont le couplage entre le capteur piézoélectrique et la paroi en acrylique, l'efficacité des capteurs piézoélectriques à gain intégré et les conséquences de la force du gain sur la qualité du signal. Une comparaison avec des résultats de l'expérience SIMPLE (Superheated Instrument for Massive ParticLe Experiments) a été effectuée en mesurant des signaux de détecteurs PICASSO à l'aide d'un microphone électrostatique à électret. Il a été conclu que les détecteurs PICASSO ne parviennent pas à reproduire la discrimination quasi parfaite présentée par SIMPLE. / Experimental measurements show that only 4\% of the mass-energy density of the universe is made of atomic matter. Dark matter and dark energy are responsible for 24\% and 71\% of the mass-energy density. The theory of supersymmetry predicts a new set of particles. The neutralino, which is the lightest stable particle, is one of the favorite candidates for dark matter. The Project in Canada to Search for Supersymmetric Objects (PICASSO) seeks dark matter using superheated droplets detectors (SDD). A phase transition occurs when a particle interact with a C$_4$F$_{10}$ droplet and deposits enough energy within a certain critical radius. An acoustic wave is created during this phase transition and piezoelectric sensors transform this acoustic signal into an electrical signal. This signal is then amplified, digitised and recorded for further analysis. In this work is presented a study on superheated droplets detectors aiming in particular at an improvement of the alpha background discrimination. The data acquisition system has been tested in order to check the coupling between the piezoelectric sensors and the acrylic wall of the detector, the efficiency of the amplifier gain of the piezoelectric sensors and the effect of the gain on the quality of the signal. The SIMPLE (Superheated Instrument for Massive ParticLe Experiments) experiment stated that they could obtain a 97\% discrimination of the alpha background using superheated droplets detectors and electric microphones. This work concludes that PICASSO detectors are not sensitive to this effect. Finally, a small droplet detector has been studied and it has been concluded that a small droplets site does not improve the alpha background discrimination.

The coupling of the Standard Model top quark to the Higgs boson is O(1), which leads to large quantum corrections in the perturbative expansion of the Higgs boson mass. Possible solutions to this so-called naturalness problem include supersymmetric models with gluinos and stop squarks whose masses are at the electroweak scale, O(1 TeV). If supersymmetry is realised in nature at this scale, these particles are expected to be accessible with the Large Hadron Collider at CERN. A search for gluino pair production with decays mediated by stop- and sbottom-squark loops in the initial 14.8 ifb of the ATLAS run 2 dataset is presented in terms of a pair of simplified models, which targets extreme regions of phase space using jet substructure techniques. No excess is observed and limits are set which greatly extend the previous exclusion region of this search, up to 1.9 TeV (1.95 TeV) for gluinos decaying through light stop (sbottom) squarks to the lightest neutralinos. A performance study of top tagging algorithms in the 20.3 ifb 2012 dataset is also presented, which includes the first measurements of substructure-based top tagging efficiencies and fake rates published by ATLAS, as well as a detailed comparison of tagger performance in simulation. A benchmarking study which compares commercially available cloud computing platforms for applications in High Energy Physics, and a summary of ATLAS liquid argon calorimeter data quality work focused on monitoring and characterising the sporadic phenomena of Mini Noise-Bursts in the electromagnetic barrel calorimeter are also included. / Graduate / 0798 / matt.leblanc@cern.ch

Bien que l'on ne sache pas (encore) quel phénomène unitarise la diffusion WLWL à l'échelle du TeV, les données indirecte actuelles favorise le boson de Higgs. Etant donné que cette particule scalaire pourrait être aussi lourde que la masse de Planck, comment peut-on expliquer sa légèreté ? La supersymmétrie (SUSY), brisée à l'échelle du TeV, peut effectuer cette stabilisation, et permettre du même coup l'existence de Théories de Grande Unifications (GUTs). Ces SUSY GUTs réalisées dans une dimension supplémentaire compactifiée, peuvent être particulièrement simples. De plus, elles peuvent être prises comme limite basse énergie d'une théorie de cordes. Cette thèse est consacrée à l'étude de tels modèles de SUSY GUTs. Nous avons étudié, développé et étendu certains aspects de la classe de modèle d'Unification Jauge-Higgs, et de la classe de modèle d'Unification Holographique. Différents aspects de la physique basse-énergie ont été étudiés, incluant spectre de masses, physique des saveur, matière noire, et phénoménologie au LHC. / Although one does not know (yet) which phenomenon unitarizes WLWL scattering at the TeV scale, indirect data currently favors the Higgs boson. Since such a scalar particle is susceptible to become as heavy as the Planck mass, how can one explain its lightness ? Supersymmetry (SUSY), broken at the TeV scale, can do this stabilization, providing in the same time models of Grand Uni fied Theories (GUTs). These SUSY GUTs, combined with extra spatial dimensions compacti fied on an interval, can be particularly simple. Moreover they can be seen as the low energy limit of some string theory. This thesis is devoted to the study of such models of SUSY GUTs on flat and warped orbifolds, trying to cover the range from models to experimental constraints. We studied, developed and extended certain aspects of two interesting frameworks of this type: a framework with gauge-Higgs uni fication, and the framework of holographic grand uni fication. We investigated several aspects of the low-energy implications, including mass spectra, flavour constraints, dark matter and LHC phenomenology

Physics in the year 2006 is tightly constrained by experiment, observation, and mathematical consistency. The Standard Model provides a remarkably precise de- scription of particle physics, and general relativity is quite successful in describing gravitational phenomena. At the same time, it is clear that a more fundamental theory is needed for several distinct reasons. Here we consider a new approach, which begins with the unusually ambitious point of view that a truly fundamental theory should aspire to explaining the origins of Lorentz invariance, gravity, gauge fields and their symmetry, supersymmetry, fermionic fields, bosonic fields, quantum mechanics and spacetime. The present dissertation is organized so that it starts with the most conventional ideas for extending the Standard Model and ends with a microscopic statistical picture, which is actually the logical starting point of the theory, but which is also the most remote excursion from conventional physics. One motivation for the present work is the fact that a Euclidean path integral in quantum physics is equivalent to a partition function in statistical physics. This suggests that the most fundamental description of nature may be statistical. This dissertation may be regarded as an attempt to see how far one can go with this premise in explaining the observed phenomena, starting with the simplest statistical picture imaginable. It may be that nature is richer than the model assumed here, but the present results are quite suggestive, because, with a set of assumptions that are not unreasonable, one recovers the phenomena listed above. At the end, the present theory leads back to conventional physics, except that Lorentz invariance and supersymmetry are violated at extremely high energy. To be more specific, one obtains local Lorentz invariance (at low energy compared to the Planck scale), an SO(N) unified gauge theory (with N = 10 as the simplest possibility), supersymmetry of Standard Model fermions and their sfermion partners, and other familiar features of standard physics. Like other attempts at superunification, the present theory involves higher dimensions and topological defects.

Les trois premières années de fonctionnement de l'expérience ATLAS au LHC, aux résultats fructueux, ont ouvert l'accès à la physique expérimentale à l'échelle du TeV. Les travaux effectués dans ce contexte ont porté à la fois sur des aspects de performance (reconstruction des électrons) et d'analyse (recherche de nouvelle physique). La première partie est consacrée aux mesures in situ des efficacités de reconstruction et d'identification des électrons. La méthodologie employée pour réaliser ces mesures dans les données est présentée en détails ainsi que les méthodes développées pour l'estimation du bruit de fond résiduel. La deuxième partie traite de la recherche de Supersymétrie dans les événements avec deux leptons (électrons ou muons) de charges identiques, accompagnés de jets et éventuellement d'énergie transverse manquante, basée sur l'ensemble des données collectées par ATLAS en 2012 (soit 21 fb-1 à sqrt s= 8 TeV). Ces états finaux sont particulièrement appropriés à la recherche de gluinos ou de squarks de troisième génération. Les principaux aspects de l'analyse sont décrits, notamment les méthodes d'estimation des différents bruits de fond. L'absence d'excès dans les régions de signal par rapport aux prédictions du Modèle Standard est interprétée en termes de limites sur les masses des superpartenaires, dans le cadre de modèles aux spectres de masse simplifiés. Ainsi, dans les modes de désintégrations étudiés, l'existence de gluinos de masse inférieure à 1 TeV, ou de sbottoms de masse inférieure à 500 GeV, est exclue.