Le travail présenté porte sur les progrès récents d'expériences de spectroscopie atomique sur césium et francium, visant à des mesures précises de violation de parité (PV) dans ces atomes. Dans le cadre d'une “thèse en cotutelle”, le candidat s'est consacré d'une part aux mesures PV préliminaires (8% de précision) de l'actuelle expérience Cs au LKB à Paris, et d'autre part à la préparation d'un échantillon d'atomes radioactifs de Fr (production et piégeage) aux LNL (INFN) en Italie. Ces deux expériences sont à des stades très différents. Les mesures présentées pour le Cs s'inscrivent en fait dans la lignée d'un travail commencé en 1991, pour la détection de PV par émission stimulée. L'expérience italienne est par contre à ses débuts: pour pouvoir sonder les propriétés du Fr, instable, il faut d'abord produire et rassembler un nombre suffisant d'atomes. La conception de montages PV qui ont démontré leur validité sur le césium constitue une solide base de départ pour le cas du francium.

La violation de CP et le problème de la génération des masses, seront les deux<br />questions fondamentales posées à la recherche en Physique des Particules à l'aube du<br />troisième millénaire. L'expérience BaBar, installée auprès de l'usine à B, PEP-II du<br />SLAC, se propose d'étudier la violation de CP dans le système des mésons beaux.<br />Elle permettra de tester la cohérence du Modèle Standard avec la violation de CP<br />mesurée ou de mettre en évidence de nouvelles sources de violation de CP.<br /><br />Pour l'étude des canaux de violation de CP avec BaBar il est fondamental<br />d'identifier les particules produites au cours des désintégrations. La première partie<br />de mon travail de thèse porte sur l'étude que nous avons effectuée sur un projet de<br />compteur Cherenkov à seuil en aérogel dans le but d'identifier les particules chargées<br />et en particulier de séparer les pions des kaons entre 0.5 et 4.3 GeV/c. Cette étude<br />inclut : les recherches préliminaires sur les matériaux employés (réflecteurs, décaleurs<br />de longueur d'onde et aérogels), la géométrie des cellules et des guides de lumière et<br />la simulation des prototypes. Des tests en faisceau ont démontré la faisabilité de ce<br />détecteur.<br /><br />La deuxième partie de mon travail de thèse porte sur l'étude du potentiel<br />d'extraction des paramètres de violation de CP de l'expérience BaBar pour le canal<br />B0 -> J/Psi K0s où le J/Psi, se désintègre en mode leptonique. Sont étudiés : l'efficacité<br />de reconstruction, le niveau du bruit de fond, les performances d'étiquetage du B<br />ainsi que les résolutions sur la position des vertex de désintégration des B. A partir<br />de cela, l'étude de l'asymétrie, par une méthode probabiliste ou d'ajustement, nous<br />permet d'estimer la résolution sur le paramètre sin ,. du triangle d'unitarité. Une<br />incertitude de 0.085 sur sin 2b pourra être atteinte par l'expérience BaBar en 1 an<br />de prise de données, à une luminosité intégrée de 30 fbarn-1.

L'expérience BABAR, située à SLAC, étudie depuis 1999 les désintégrations<br />des mésons B à partir de collisions entre électrons et positrons à une énergie égale<br />à la masse du Upsilon(4S). Le but premier de l'expérience a été de mesurer le paramètre<br />sin(2 beta) de la violation de la symétrie CP dans le modèle standard. Cette mesure<br />demande de connaître avec précision l'échelle de longueur absolue du détecteur.<br />Une méthode a été mise au point pour déterminer cette échelle, en utilisant les<br />interactions nucléaires dans la matière du détecteur et en particulier dans le tube<br />à vide de l'expérience. L'échelle de longueur du détecteur dans la direction des<br />faisceaux a ainsi été estimée avec une précision meilleure que 1 %. L'incertitude<br />liée à la détermination des longueurs par le détecteur dans les mesures des temps<br />de vie des B et de leur fréquence d'oscillation devient alors négligeable par rapport<br />aux autres erreurs systématiques.<br /><br />Le contenu en kaons chargés des désintégrations des mésons B intervient aussi<br />dans la mesure de sin(2 beta) pour étiqueter la saveur du deuxième B dans les événements<br />contenant un B se désintégrant dans un état propre de CP. La charge du<br />kaon est directement liée à la saveur du B. Une des sources de kaons de mauvais<br />signe pouvant fausser l'étiquetage provient de désintégrations de mésons D<br />de mauvais signe (B -> D X).<br />Les modes de désintégration doublement charmés<br />B -> DDbar K sont un des modes donnant des D de mauvais signe. Les vingt-deux<br />modes de désintégration sont reconstruits de façon exclusive et leurs taux<br />de branchement calculés avec une précision suffisante pour établir que les désintégrations B -> DDbar K ne sont pas les seules sources de D de mauvais signe dans les désintégrations des mésons B.

Le travail effectué dans cette thèse repose sur l'analyse de données enregistrées par l'expérience BaBar sur le collisionneur PEP-11 à SLAC (Stanford, Californie) entre le mois d'octobre 1999 et le mois de juillet 2002. Des collisions électrons-positrons à une énergie dans le centre de masse égale à la masse de la résonance Y (4S) sont utilisées pour produire des paires de mésons B.<br /><br />Au mois de juillet 2001, la collaboration a publié la première mesure de la violation de la symétrie CP dans le système des B neutres. La précision de la mesure est constamment améliorée depuis. Deux structures servent à la reconstruction des trajectoires des particules chargées : le détecteur de vertex au silicium et la chambre à fils. Le détecteur de vertex est crucial pour la reconstruction du point de désintégration des B. Son mouvement par rapport au reste du détecteur, et en particulier la chambre à fils, nécessite une calibration courante de son alignement toutes les deux heures environ. Le lien entre la géométrie de la chambre à dérive et l'alignement a été étudié.<br /><br />Outre le programme de violation de CP, l'étude de la dynamique des désintégrations du B est un autre volet important de l'activité de BaBar. Dans ce cadre, les désintégrations rares sont particulièrement importantes dans la mesure où elles pourraient permettre de détecter une nouvelle physique au delà du Modèle Standard.<br /><br />La production de mésons eta' de haute impulsion dans les désintégrations des mésons B a été étudiée. Pour ce faire, les processus B -> eta' Xs provenant de la désintégration rare b -> s g* et B0bar -> eta' D0 provenant de la désintégration supprimée de couleur b -> c ubar d, qui sont les principales contributions à cette production, ont été considérés. L'amélioration de la mesure du processus B -> eta' Xs et la première observation du processus B0bar -> eta' D0 permettent d'une part d'établir que la production du eta' est dominée par la désintégration b -> s g* et d'autre part de contraindre la structure en quarks de ce méson.

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.

NIL

NIL

L'effet du mélange \rho^0 - \omega dans l'observation de la violation directe de CP dans la désintégration du méson B en mésons vecteurs constitue l'une des études principales de ce travail. Dans une première partie nous calculons les amplitudes de désintégrations de canaux B -> V \rho^0 (\omega) à partir de leur modélisation en utilisant pour cela le formalisme d'hélicité. A partir de ces amplitudes nous pouvons prédire les rapports d'embranchement et les asymétries auxquels on s'attend, compte tenu des différents facteurs de forme et paramètres ajustables introduits. Ce travail a mis en évidence que la violation directe de CP se manifeste à la fois au niveau des rapports d'embranchement, des distributions angulaires et du spectre de masse du \rho^0 - \omega. La prédominance de la polarisation longitudinale mise en avant dans cette thèse est appuyée par les données expérimentales des expériences Babar et Belle. Les phases fortes ont ensuite été déduites en fonction de la masse de la résonance \rho^0 - \omega ainsi que le rapport des amplitudes Penguin et Tree.<br> Dans une seconde partie, nous introduisons l'étude précédemment décrite dans le cadre de l'expérience LHCb, consacrée à l'étude de la beauté et de la violation de CP, qui débutera en 2007. L'analyse de la réponse simulée du détecteur à l'un des canaux modélisés, le canal B0 -> K*0 \rho^0 (\omega) a été réalisée dans le but d'estimer l'intér.et de ce canal pour une telle expérience. Il s'est avéré que l'effet du mélange \rho^0 - \omega dans ce canal n'est a priori pas observable à court terme dans LHCb. En revanche, le canal \rho+ \rho^0 (\omega), dont le rapport d'embranchement prédit dans ce travail est confirmé par Babar et Belle, semble .etre un terrain d'investigation prometteur pour l'observation d'une asymétrie différentielle.

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.