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Le premier chapitre contient un bref rappel sur la physique des saveurs lourdes dans le Modèle Standard, et conclut par une description succinte de l'approche statistique utilisée dans CKMfitter.<br /> Le chapitre suivant évoque la violation de CP dans le secteur des kaons : sont traitées les contraintes sur la matrice CKM provenant des mesures de εK, ε′/ε, ainsi que l'´état des lieux et les perspectives sur la recherche des modes rares K+→π+νν et<br />KL→π0νν ; ce chapitre conclut par une étude prospective pour estimer le potentiel de<br />physique des kaons dans le cadre du modèle CKM. <br />Suivent deux chapitres décrivant des analyses de physique dans l'expérience BaBar : est d'abord présentée en détail l'analyse en amplitudes du mode B0 → K+π−π0 ; suit un état des lieux plus succint sur l'analyse en amplitudes dépendantes du temps du mode<br />B0 → K0π+π−, qui a déj`a fourni des résultats préliminaires à l'été 2007. La discussion est ensuite complétée par une description qualitative sur un projet d'étude combinée des contraintes sur la matrice CKM provenant des modes B → Kππ.

Cette these presente le resultat obtenu a l'aide des premieres donnees collectees par NA48 en 1997 pour la mesure du parametre $Re(\varepsilon'/\varepsilon)$ de violation directe de CP. Une attention particuliere est portee a l'etude des performances des systemes de declenchement.

L'expérience BaBar a pour objectif de rechercher et de mesurer la violation de $CP$ dans le secteur des mésons $B$ et de contraindre les paramètres du modèle standard. Une des originalités de son dispositif expérimental est le DIRC, le détecteur à effet Cherenkov utilisé pour distinguer les pions des kaons chargés. Une table de correction est mise en place pour corriger ses défauts d'alignement, et permet au DIRC d'atteindre ses performances nominales, c'est à dire une séparation entre kaon et pion de $4\sigma$ pour une quantité de mouvement de $3\gevc$. La recherche de violation de $CP$ dans le canal de désintégration du $B^0$ en $\rho\pi$ devrait permettre de contraindre l'angle $\alpha$ du triangle d'unitarité, un des paramètres du modèle standard. L'objectif de cette analyse est de mesurer les paramètres de violation de $CP$ ainsi que les autres paramètres entrant dans la description de la distribution de probabilité du temps de désintégration. Une méthode de maximum de vraisemblance combine l'information temporelle et des variables discriminantes du bruit de fond du continuum $\e^+\e^-\to q\bar(q)$, dont certaines sont résumées dans un réseau de neurones. L'autre bruit de fond, constitué des autres modes de désintégration du $B$, est pris en compte par des termes correctifs dans l'ajustement. Cette analyse présente à ce jour les meilleures mesures pour ce canal, et semble donner une indication de la violation directe de $CP$. Pour interpréter ces mesures en termes de contraintes sur les paramètres du modèle standard, il est nécessaire d'utiliser un modèle pour prédire la contribution à longue distance des amplitudes de désintégration. Pour un exemple de tel modèle, la ``factorisation QCD'', un test de validation compare les prédictions aux données expérimentales sur les désintégrations non charmées du méson $B$. Ce test semble indiquer un désaccord, qui pourrait être réduit dans l'avenir par une meilleure connaissance expérimentale et théorique des désintégrations du $B$.

Cette thèse se compose de deux parties distinctes, qui ont pour objectif l'étude de l'interaction faible des quarks lourds. Elle s'inscrit dans le contexte de la détermination des paramètres fondamentaux de la matrice de mélange de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, mais apporte également des éléments de compréhension de la structure hadronique. À propos de la violation de CP, on aborde les problèmes théoriques qui peuvent se poser lors de l'extraction des angles du Triangle d'Unitarité. Un premier aspect concerne les incertitudes hadroniques générées par les diagrammes pingouin. Dans le cas classique de la désintégration B -> pi+pi-, on propose une description exacte très simple de ces effets, à un seul paramètre, ce qui permet de les contrôler avec des hypothèses phénoménologiques. Un deuxième aspect concerne les ambiguïtés discrètes sur les angles CP et les analyses en espace des phases qui permet de les discriminer : la distribution en masses invariantes pour les désintégrations en trois mésons pseudoscalaires, et la distribution angulaire pour les désintégrations en hypéron et antihypéron. Dans la seconde partie de la thèse, on étudie les facteurs de forme qui décrivent les transitions lourd à léger, du type B -> pi(rho) l nu, B -> K* gamma et B -> K(*) l+l- ; ceux-ci sont au coeur de la détermination de |Vub| et |Vts| par exemple. En utilisant une approche de théorie effective, dérivée de QCD dans la limite de masse lourde initiale et de grande énergie du hadron final, et négligeant les corrections radiatives, on montre que trois facteurs de forme indépendants suffisent à décrire les transitions B -> P et B -> V, où P (V) désigne un méson pseudoscalaire (vecteur) léger par rapport au B. De plus, la dépendance de ces facteurs de forme vis-à-vis de la masse lourde M et de la grande énergie E est factorisable en racine(M) x z(E), et on s'attend plus précisément à un comportement en racine(M) / E^2. Ces prédictions, valables à l'ordre dominant en 1/M, 1/E et alpha_s, sont vérifiées exactement dans le cadre des règles de somme de QCD sur le cône de lumière, ainsi que dans une certaine classe de modèles covariants de quarks constituants, construits selon la prescription de Bakamjian-Thomas.

Ce document présente le travail effectué au sein de l'expérience BABAR ainsi qu'une étude phénoménologique sur l'interprétation des mesures de physique du B reliées au triangle d'unitarité. L'électronique de lecture du détecteur Cherenkov de BABAR, le DIRC, et en particulier, le convertisseur temps-numérique conçu au LPNHE sont décrits. Deux résultats majeurs de la collaboration BABAR sont également présentés : la mesure du paramètre sin2β dans les modes b → ccs qui a permis la mise en évidence de la violation de CP dans le domaine des B en 2001 et l'étude des asymétries CP dans le canal B0 → π+π−. Les contraintes sur le triangle d'unitarité, provenant de mesures dans le système K0K0, des désintégrations semi-leptoniques des B, des paramètres d'oscillation BB sont en excellent accord avec celles de sin2β et α.

Quelques aspects de la physique des mésons B ont été étudiés par la<br />simulation numérique de la Chromodynamique Quantique sur réseau, qui est une approche non perturbative - basée sur les principes premiers de la Théorie Quantique des Champs - de calculer les fonctions de Green de la théorie. <br />Les couplages $\hat{g}$ et $\tilde{g}$ paramétrant le Lagrangien chiral effectif qui décrit les interactions entre mésons lourd-légers et pions mous ont été calculés au-delà de l'approximation quenched (à N_f=2). L'opérateur<br />$\bar{q}\gamma_\m \gc q$ a été renormalisé non perturbativement en utilisant les identités de Ward chirales. On trouve <br />$\hat{g}=0.4\div 0.6$ et $\tilde{g}=-0.1\div-0.3$. <br />La masse du quark étrange a été estimée par<br />une simulation unquenched (à N_f=2): elle a été renormalisée<br />dans le schéma non perturbatif RI-MOM. On obtient en faisant le raccordement avec le schéma MSbar m_s^{MSbar}(2 GeV)=101\pm 8^{+25}_{-0} MeV. <br />Une méthode a été proposée pour évaluer sur le réseau les facteurs de<br />forme associés aux transitions semileptoniques à recul nul <br />B \to D^{**} décrites dans le cadre de la Théorie Effective des Quarks Lourds. La constante de renormalisation de l'opérateur $\bar{h}\gamma_i \gc D_j h$ a été calculée à l'ordre d'une boucle de la théorie des perturbations.<br />On trouve \tau_1/2(1)=0.3\div 0.5 et \tau_3/2(1)=0.5\div 0.7. <br />Enfin le paramètre de sac associé à l'amplitude de mélange B_s-anti B_s a été évalué, en choisissant une action pour le quark étrange qui vérifie la symétrie chirale à maille a du réseau finie. De cette manière les erreurs systématiques, provenant des mélanges de chiralité, sont nettement réduites lors de la renormalisation de l'opérateur à 4 fermions $\bar{h}\gamma_{\m L}q\bar{h}\gamma_{\m L}q$. On obtient dans l'approximation quenched $B_{B_s}=0.92(3)$.

La mesure de la phase phis violant la symétrie CP dans les désintégrations Bs -> J/psi phi est une des analyses phares de l'expérience LHCb. Le Modèle Standard prédit cette observable avec une faible incertitude théorique. La présence de Nouvelle Physique notamment dans les diagrammes en boucle de l'oscillation Bs - anti Bs peut significativement modifier la mesure de cette phase. Durant cette thèse, nous avons participé à différents aspects de l'analyse des désintégrations Bs -> J/psi phi. Nous avons proposé une sélection multi-variables, basée sur un algorithme d'arbres de décision boostés. Cette nouvelle sélection augmente le nombre de signal Bs -> J/psi phi de 19% mais nécessite une correction temporelle. Une étude portant sur l'origine des distorsions angulaires caractéristiques des désintégrations Bs -> J/psi phi a aussi été menée. Il s'avère que la principale source de distorsion est la géométrie du détecteur LHCb. Nous avons aussi contribué à un autre élément clef de cette analyse : l'étiquetage de la saveur. Afin de connaître la saveur initiale des mésons B, un algorithme d'étiquetage a été développé. Il exploite les traces chargées provenant du hadron B de côté opposé. Nous avons participé à son optimisation ainsi qu'à son étalonnage en étudiant les désintégrations Bd -> J/psi K*. En utilisant l'intégralité des données enregistrées en 2011, soit 1 fb-1, après optimisation et calibration de cet algorithme, la puissance d'étiquetage dans le canal Bs -> J/psi phi est : (2.29 +- 0.07 +- 0.26) %. La valeur de phis mesurée est alors : \phis = -0.001 +- 0.101 +- 0.027 rad dans les désintégrations Bs -> J/psi phi. L'analyse combinée de Bs -> J/psi phi avec les désintégrations Bs -> J/psi \pi+ \pi- donne la meilleure mesure mondiale de \phis = -0.002 +- 0.083 +- 0.027 rad. Cette mesure est compatible avec le Modèle Standard, mais ses incertitudes laissent possible la présence de Nouvelle Physique.

Le phénomène d'oscillation des neutrinos a été découvert en 1998 par l'experience Super-Kamiokande, 11 ans après la première observation de neutrinos provenant d'une supernova (SN1987A). Ainsi, ce domaine s'est developpé grandement depuis une dizaine d'années. Le sujet de cette thèse est l'étude, dans les contextes astrophysique et cosmologique, de propriétes des neutrinos inconnues: la violation de CP et le troisième angle de mélange de la matrice MNSP. Nous avons montré analytiquement, pour la première fois, les conditions dans lesquelles il peut y avoir des effets de la phase CP sur les flux de neutrinos dans l'étoile ainsi que sur la fraction d'électrons, observable clef du processus-r. Les calculs numériques, incluant le couplage à la matiere et l'interaction neutrino-neutrino non-linéaire, ont montré des effets de plusieurs pourcents dans l'étoile et plus petits dans un observatoire. Ensuite, nous avons étudie les conséquences de la valeur du troisième angle, sur le flux d'antineutrinos `a l'aide d'une simulation numérique dans l'´état de l'art, incluant l'interaction neutrino-neutrino ainsi qu'une densité de matière dynamique avec ondes de chocs. Une signature caractéristique de la hierarchie et de l'angle a été trouvée, dans le signal des positrons, émis via le processus betainverse, dans un observatoire sur Terre. Enfin dans le contexte cosmologique, nous avons étudié l'impact de la phase de violation de CP sur le potentiel chimique des neutrinos électroniques peu avant la nucleosynthèse primordiale. En plus d'une démonstration analytique donnant les conditions d'influence de la phase CP, nous montrons ses conséquences sur la fraction d'Hélium primordial.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la préparation Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la préparation du détecteur CMS auprès du futur collisionneur LHC au CERN dont la mise en service est prévue pour les années 2004-2005. Le travail est divisé en deux parties. La première comprend une étude générale sur l'identification des électrons de faible énergie en utilisant la très fine granularité et la très bonne résolution en énergie du calorimètre électromagnétique de CMS. L'efficacité de l'algorithme est de $\sim$ 60% et le facteur de réjection des hadrons est de $\sim$400. Les électrons ainsi identifiés peuvent être utilisés comme des particules d'étiquetage pour les mésons beaux ou pour reconstruire les décroissances inclusives $B^0_d -> J/\Psi(->e+e-) +X$. La réévaluation de la sensibilité aux angles $\alpha$ et $\beta$ du triangle CKM d'unitarité avec ces nouvelles possibilités et des fonctions de structure du proton récentes donne: $\delta$(sin 2$\alpha$) = 0.06$^{+0.018}_{-0.014} $ $\delta$(sin 2$\beta$) = 0.053$^{+0.017}_{-0.012}$ Ces résultats sont comparables avec ceux attendus par les expériences dédiées à la physique du B. La deuxième partie a consisté à développer un nouveau type de chambres gazeuses à micropistes (MGC) où les anodes sont séparées d'un plan cathode par une couche isolante de quelques microns. Cette géométrie permet une collection rapide des charges ($\sim$10ns), d'atteindre des gains supérieurs à 3000 et d'avoir une résolution en énergie de 20 % pour le pic d'une source de 55Fe.