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

La première partie rapporte la caractérisation de prototypes de chambre MICROMEGAS en tests sous faisceaux et en laboratoire. L'étude détaille notamment l'efficacité de détection, la multiplicité de la réponse et dépendance du gain du détecteur vis à vis des conditions environnementales. Dans la seconde partie, La détection d'un boson de jauge Z', prédit par différends modèles de types Randal-Sundrum est étudiées dans le cadre de l'expérience CLIC. Le canal considéré implique l'émission du Z' par une paire de quarks top. Le Z' se désintègre ensuite en particules de matière noire. / The first part of the thesis reports on the characterisation of MICROMEGAS prototypes in beam and laboratory tests. Detection efficiency, response multiplicity and detector gain dependency against environmental conditions are detailed. In the second part, the detection of a Z' gauge boson predicted by a Randal & Sundrum inspired model together with a dark matter candidate (nu') is investigated in the framework of the CLIC experiment. The considered channel involves a top quark pair emmiting the Z' which, in turn, decays into nu', anti-nu'.

Diese Dissertation beschreibt die Suche nach Resonanzen in der Erzeugung von Top-Quark-Antiquark-Paaren in Proton-Proton-Kollisionen bei einer Schwerpunktsenergie von 8 TeV. Die ausgewerteten Daten entsprechen einer integrierten Luminosität von 20.3 fb-1 und wurden mit dem ATLAS-Detektor am Large Hadron Collider aufgezeichnet. Die Analyse basiert auf Ereignissen mit genau einem geladenen Lepton, fehlendem Transversalimpuls und Teilchenjets im Endzustand. Mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzes wird bei gleicher Signaleffizienz eine präzisere Identifikation von hochenergetischen, hadronisch zerfallenden Top-Quarks erzielt als mit bisher verwendeten Verfahren. Darauf aufbauend wird eine Ereignisselektion für die Erkennung von s-Kanal-Resonanzen mit Spin-1 optimiert. Eine verbesserte Abschätzung des erwarteten Untergrunds wird eingeführt, die den Einfluss der systematischen Unsicherheiten verringert. Die untersuchten Massenspektren der rekonstruierten Top-Quark-Paare weisen keine signifikante Abweichung von den Vorhersagen des Standardmodells auf. Im Vergleich zu schnittbasierten Suchstrategien lassen sich für Massen über 2 TeV etwa 30% bessere bayessche obere Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt einer schmalen Resonanz eines leptophobischen Z'-Bosons in einem Technicolour-Modell sowie einer breiten Kaluza-Klein-Anregung des Gluons in einem Randall-Sundrum-Modell erzielen. Ausgehend von den beobachteten Ausschlussgrenzen auf den Wirkungsquerschnitt werden eine Z'-Resonanz bis zu einer Masse von 2.5 TeV und ein Randall-Sundrum Kaluza-Klein-Gluon bis zu einer Masse von 2.9 TeV ausgeschlossen. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber bisherigen Suchen in vergleichbaren Datensätzen dar. / A search for new heavy particles that decay into top quark-antiquark pairs is presented using an integrated luminosity of 20.3 fb-1 of proton-proton collision data recorded at a centre-of-mass energy of 8 TeV with the ATLAS experiment at the Large Hadron Collider. The analysis considers events with exactly one charged lepton, missing transverse momentum and jets in the final state. An artificial neural network is utilized to identify hadronically decaying top quarks with high Lorentz boost more precisely than established methods at the same signal efficiency. Based on this, a novel method optimized for the detection of s-channel resonances with spin 1 is created. An enhanced estimation of the background expectations is introduced, which reduces the impact of the systematic uncertainties on the analysis. No significant deviation from the background predicted by the Standard Model of particle physics is observed in the invariant mass spectrum of the top-quark pair candidates. Bayesian upper cross-section limits on a narrow resonance from a leptophobic Z' boson in the framework of a technicolour model and a broad Kaluza-Klein excitation of the gluon in a Randall-Sundrum model are both found to be about 30% better at resonance masses of at least 2 TeV relative to a cut-based search strategy. Based on the observed cross-section limits, a topcolour-assisted technicolour Z' boson up to a mass of 2.5 TeV and a Randall-Sundrum Kaluza-Klein gluon up to a mass of 2.9 TeV are excluded. These are the most stringent exclusion limits on the resonance mass as compared to other searches based on similar data sets.