De nos jours, l'incomplétude du modèle standard des particules est largement reconnue. L'une de ses failles les plus évidentes est le manque d'explication de l'énorme excédent de matière par rapport à l'antimatière dans l'univers, que l'on appelle l'asymétrie baryonique de l'univers. De nouvelles violations de CP (conjugaison de charge et parité spatiale) absentes dans le modèle standard sont supposées être responsables de cette asymétrie. Une telle violation pourrait être observée dans la matière ordinaire à travers un ensemble d'interactions violant les symétries de parité et de renversement du temps (impaires pour P,T) dont les prépondérantes sont les interactions du moment dipolaire électrique de l'électron (eEDM), électron-nucléon scalaire-pseudoscalaire (enSPS) et du moment quadripolaire magnétique nucléaire (nMQM). Ainsi, une preuve expérimentale d'une constante d'interaction impaire pour P,T serait une preuve de cette nouvelle physique au-delà du modèle standard. Le calcul des paramètres moléculaires correspondants est réalisé en utilisant une approche d'interaction de configurations relativiste à quatre composantes dans des molécules diatomiques polaires contenant un actinide, qui sont des systèmes particulièrement appropriés pour les expèriences eEDM, tels que ThO qui a permis d'assigner à l'eEDM la borne supérieure la plus contraignante et ThF+ qui sera utilisé dans une expérience à venir. Ces résultats sont d'une importance cruciale dans l'interprétation des mesures puisque les constantes fondamentales ne peuvent être évaluées que si l'on associe les mesures de décalages énergétiques et les paramètres moléculaires théoriques. / Nowadays, the incompleteness of the Standard Model of particles is largely acknowledged. One of its most obvious shortcomings is the lack of explanation for the huge surplus of matter over antimatter in the universe, the so-called Baryon Asymmetry of the Universe. New CP (Charge conjugation and spatial Parity) violations absent in the SM are assumed to be responsible for this asymmetry. Such a violation could be observed in ordinary matter through a set of interactions violating both parity and time-reversal symmetries (P,T-odd), among which the preponderant ones are the electron Electric Dipole Moment (eEDM), the electron-nucleon scalar-pseudoscalar (enSPS) and the nuclear magnetic quadrupole moment (nMQM) interactions. Hence, an experimental evidence of a non-zero P,T-odd interaction constant would be a probe of this New Physics beyond the Standard Model. The calculation of the corresponding molecular parameters is performed by making use of an elaborate four-component relativistic configuration interaction approach in polar diatomic molecules containing an actinide, that are particularly adequate systems for eEDM experiments, such as ThO that allowed for assigning the most constraining upper bound on the eEDM and ThF+ that will be used in a forthcoming experiment. Those results will be of crucial importance in the interpretation of the measurements since the fundamental constants can only be evaluated if one combines both experimental energy shift measurements and theoretical molecular parameters.

Au cours de ce travail de doctorat, nous avons d'abord étudié un aspect fondamental de la chiralité au niveau moléculaire visant à observer des différences d'énergie entre deux énantiomères provenant d'effets de violation de la parité (PV). Nous avons en particulier examiné les complexes oxorhénium chiraux dont les deux énantiomères présentent théoriquement des énergies d'absorption infrarouge différentes. Leur propriétés chiroptiques, en particulier leur dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD), ont été examinées. D'autres complexes métalliques chiraux comme des complexes de platine portant un carbone asymétrique fluoré ont été préparés. Par ailleurs, nous avons étudié la chiralité hélicoïdale provenant de la fusion en ortho de plusieurs cycles aromatiques. Ainsi, des hélicènes portant des fonctionnalités bi-pyridines ont été synthétisés et ont montré des propriétés photophysiques et chiroptiques intéressantes. La présence d'unité chélatantes de type N^N’ ou N-C nous a permis d'étudier l'influence de la coordination de divers métaux de transition (Re(I) et Pt(II)) sur les propriétés et de concevoir de nouveaux commutateurs chiroptiques acido-basiques. / In this PhD work, we first investigated a fundamental aspect of chirality at the molecular level aiming to determine the parity violation (PV) energy difference between two enantiomers. We focused on chiral oxorhenium complexes for which the two corresponding enantiomers show theoretically different infrared absorption energies. Their chiroptical properties and especially their vibrational circular dichroism (VCD) were examined. Other chiral metal complexes such as platinum complexes bearing an asymmetric fluorinated carbon have also been prepared. Furthermore, we have investigated the helical chirality derived from the skew shape of ortho-fused aromatic ring. Indeed, helicenes bearing 2,2’-bipyridine functionalities were synthesized and they showed interesting photophysical and chiroptical properties. The presence of N^N’ or N-C chelating moieties enabled us to study the coordination effect of different transition metals (Re(I) and Pt(II)) on their properties and to conceive new acid-base triggered chiroptical switches.

This thesis presents work carried out using data from the LHCb experiment during the first three years of data taking, 2010 - 2012. A study of the effects of radiation damage on the silicon sensors of the LHCb Vertex Locator is performed, with an emphasis on the implications for the long term performance of the detector. Following three years of operation the sensors have received a maximum delivered neutron equivalent fluence of approximately 1.6E12 per square centimeter, leading to a number of radiation induced effects. In particular the change in charge collection efficiency and signal/noise with fluence is compared to theoretical expectations, and the current trends are extrapolated to the fluences expected at the end of the LHCb detector lifetime. The development of an unexpected effect due to the structure of the routing lines in the sensors is described in detail. Searches for lepton flavour and baryon number violating decays of the tau lepton using the 2011 LHCb dataset are described. Observation of any lepton flavour or baryon number violation would be an unambiguous sign of new physics, whilst setting improved limits helps to constrain a number of Beyond the Standard Model theories. First LHCb limits are set on the branching fractions of the decays tau- to mu- mu+ mu-, tau- to anti-proton mu+ mu- and tau- to proton mu- mu-, with these results also representing the first limits on lepton flavour violating tau decays at a hadron collider. The limit on tau- to mu- mu+ mu- is expected to approach the world's best result from Belle in the coming years whilst the tau- to anti-proton mu+ mu- and tau- to proton mu- mu- results constitute the first limits on the branching fractions of these decays. The future prospects for these measurements with further data are briefly described.

The study of flavour physics allows for the Standard Model (SM) to be tested to higher energies than can be accessed through direct searches. The SM is known not to provide enough of a difference between matter and anti-matter, termed CP violation, to explain the dominance of matter in our universe. One of the main purposes of the LHCb experiment is to search for new sources of CP violation in the decays of B mesons. Flavour changing neutral current (FCNC) interactions are forbidden at tree level in the SM, and can therefore only be accessed through quantum loops. In New Physics scenarios such as Supersymmetry, new particles could appear in those loops introducing new sources of CP violation. The Bos→ØØ decay proceeds via the b → sss FCNC transition. Triple products provide a method of exploiting the angular distributions of P → V V decays to create T-odd observables. Asymmetries of these T-odd observables, averaged over the initial flavour of the Bos meson provide a measure of T violation. Assuming CPT conservation, violation of time reversal infers CP violation. The CP-violating weak phase in the interference between Bos mixing and the decay to two Ø mesons is predicted to be close to zero in the SM. The measurements of the triple product asymmetries and the CP-violating weak phase have been performed using 1.0 fb-1 of LHCb data. Events where kaon pairs originate from a spin-0 or non-resonant state are accounted for with the associated angular distributions. Triple product asymmetries are measured to be AU = -0:055 ± 0:036(stat) ± 0:018(syst) and Av = 0:010 ± 0:036(stat) ± 0:018(syst). The CP-violating phase is found to be in the interval [-2:46,-0:76] rad at 68% confidence level. The p-value for the hypothesis of zero radians is found to be 16 %. These results represent the most accurate measurements of the triple product asymmetries and the first measurement of the CP-violating weak phase.

The LHCb experiment is an experiment based at the LHC in Geneva and is dedicated to the study of mesons containing bottom and charm quarks. One of the primary goals of the physics at LHCb is to measure CP-violating effects which lead to a dominance of matter over anti-matter in the universe. This thesis presents the measurement of the CP-violating phase Ø s which is one of the golden channels at LHCb. This phase is observed as the interference between mixing of B0s ↔ B-0s and decay of B0s → J/ψ K+K−. The results, based upon the 1.0 fb−1 dataset collected by LHCb during 2011, are: Ø s = 0.07±0.09±0.01 rad , ∆Γs = 0.100±0.016±0.002 ps−1 , Γs = 0.663±0.005±0.006 ps−1 . This analysis is also able to measure the mixing parameter ms = 17.71±0.10±0.01 ps−1. To improve upon this measurement the B0s → J/ψ K+K− analysis is combined with the B0s → J/ψ π+ π − decay channel to make the most accurate measurements to date of, Ø s = 0.01±0.07±0.01 rad, ∆Γs = 0.106±0.011±0.007 ps−1 and Γs = 0.661±0.004±0.006 ps−1. As an integral part of this work a comprehensive software suite known as RapidFit was developed, which is used by many other physicists and this is described.

Pourquoi reste-t-il de la matière dans l’univers ? Depuis la découverte de l’anti-matière, miroir de la matière dont nous sommes constitués et s’annihilant de prime abord parfaitement avec cette dernière, ce mystère stimule l’étude des propriétés communes et distinctes entre particules et anti-particules. Dans ce cadre, il a été établi au vu des interactions dites de jauge (en particulier les interactions électrofaibles) que la symétrie intrinsèque entre particules et anti-particules est la combinaison subtile du conjugué de charge (C) et de la parité d’espace (P) : la symétrie CP. Ainsi, un comportement distinct entre matière et anti-matière est caractérisé au niveau fondamental par une violation de CP. D’une part, une telle violation a été mise en évidence expérimentalement dans la désintégration de mesons K et B, où la production de particules dans certains canaux est favorisée. D’autre part, la violation de CP est l’une des conditions requises à la création d’un excès de matière durant l’évolution de l’univers. Dans la présente thèse, nous étudions deux aspects de cette asymétrie entre matière et anti-matière. Tout d’abord, un scénario de création d’un excès de matière dans l’évolution de l’univers basé sur la désintégration de neutrinos lourds est étudié. Les récents résultats expérimentaux sur l’existence d’une masse pour les neutrinos rendent très attractif ce scénario. Bien que le schéma général repose uniquement sur les interactions liées à la masse des particules (secteur scalaire), nous le prolongeons ici dans la perspective plus naturelle de l’unification des interactions de jauge, seule motivation complète à l’inclusion de neutrinos lourds dans le spectre des particules. L’inclusion d’interactions de jauge liées aux neutrinos lourds complète ainsi la description. Les résultats tirés sur les paramètres de masse des neutrinos, grandes inconnues de la physique des particules, s’en voient modifiés de manière importante. Ensuite, la question de l’origine de la violation de CP est posée. En effet, dans la description standard des interactions faibles, la violation de CP est explicite et résulte uniquement de la liberté pour les couplages de masse (couplages de Yukawa) d’être des nombres complexes. Ainsi, aucune compréhension fondamentale sur la différence de comportement entre particules et anti-particules n’est apportée. Nous proposons dans ce sens une source de violation de CP par la compactification d’une théorie de jauge dans un espace de dimensions étendues. A partir de couplages réels, une valeur classique de la composante supplémentaire des bosons de jauge fournit une masse effective complexe aux fermions. Les conditions de l’obtention d’une violation de CP physique sont alors étudiées. Nous identifions la structure minimale pour rendre compte des interactions électrofaibles tout en incluant une source de violation de CP dans ce contexte. L’unification avec les interactions fortes est alors établie dans une structure qui apporte une lumière différente sur les schémas d’unification usuels.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

An accurate determination of the angle γ of the Unitary Triangle is one of the most important goals of the LHCb experiment. The LHCb detector is a single-arm spectrometer at the LHC, optimised for beauty and charm flavour physics. As the angle γ is the least experimentally constrained parameter of the Unitary Triangle, its precise experimental determination can be used to test the validity of the Standard Model. The Unitary Triangle phase γ can be extracted in B → DK decays at tree-level, exploiting the interference between b → c(ūs) and b → u(c̄s) transitions. This interference is sensitive to γ and can give measurable charge asymmetries. In particular, γ ≠ 0 is required to produce direct CP violation in B decays and this is the only CP-violating mechanism for the decay of charged B^± mesons. In this thesis, an analysis of CP violation in B^± → DK^± and B^± → Dπ^± decays is presented, where the D meson is reconstructed in the two-body final states: K^±π^∓, K⁺K⁻, π⁺π⁻ and π^±K^∓. The analysis uses the full 2011 LHCb dataset of 1.0 fb^-1, collected from pp collisions at √s = 7 TeV. Several CP-related quantities, e.g the ratio of B → DK and B → Dπ branching fractions and their charge asymmetries, are measured via a simultaneous fit to the invariant mass distributions of the modes considered. The suppressed B^± → DK^± mode is observed for the first time with ≈ 10σ significance. Once all measurements are combined, direct CP violation is established in B^± decays with a total significance of 5.8σ.

The CP violating phase β^J/ψφ_s is measured in decays of B⁰_s → J/ψφ. This measurement uses 5.2 fb^-1 of data collected in √s = 1.96 TeV p‾p collisions at the Fermilab Tevatron with the CDF Run-II detector. CP violation in the B⁰_s-‾B⁰_sbar system is predicted to be very small in the Standard Model. However, several theories beyond the Standard Model allow enhancements to this quantity by heavier, New Physics particles entering second order weak mixing box diagrams. Previous measurements have hinted at a deviation from the Standard Model expectation value for β^J/ψφ_s with a significance of approximately 2σ. The measurement described in this thesis uses the highest statistics sample available to date in the B⁰_s → J/ψφ decay channel, where J/ψ → μ⁺ μ^- and φ → K⁺K^-. Furthermore, it contains several improvements over previous analyses, such as enhanced signal selection, fully calibrated particle ID and flavour tagging, and the inclusion of an additional decay component in the likelihood function. The added decay component considers S-wave states of KK pairs in the B⁰_s → J/ψK⁺K^- channel. The results are presented as 2-dimensional frequentist confidence regions for β^J/ψφ<sub >s</sub> and ΔΓ (the width difference between the B⁰_s mass eigenstates), and as a confidence interval for β^J/ψφ_s of [0.02,0.52] U [1.08, 1.55] at the 68% confidence level. The measurement of the CP violating phase obtained in this thesis is complemented by the world's most precise measurement of the lifetime τ_s = 1.53 ± 0.025 (stat.) ± 0.012 (syst.) ps and decay width difference ΔΓ = 0.075 ± 0 .035 (stat.) ± 0.01 (syst.) ps⁻¹ of the B⁰_s meson, with the assumption of no CP violation.