Le coppie di fotoni ad alta energia al Large Hadron Collider sono famose per due cose. Primo, come un canale di decadimento pulito del bosone di Higgs. Secondo, per aver innescato alcune vivaci discussioni nella comunità scientifica alla fine del 2015, quando è stato osservato un modesto eccesso rispetto alle previsioni del modello standard dalle collaborazioni ATLAS e CMS. Quando è stato analizzato il set di dati del 2016, molto più ampio, però, non è stato osservato alcun eccesso.

Eppure la maggior parte delle coppie di fotoni prodotte all'LHC non hanno origine dal decadimento di un bosone di Higgs (o di un nuovo, particella sconosciuta). Anziché, più del 99% proviene da interazioni piuttosto semplici tra i costituenti protonici, come l'annientamento quark-antiquark. I fisici di ATLAS hanno compiuto sforzi significativi per migliorare la nostra comprensione di questi processi del modello standard.

ATLAS ha rilasciato una nuova misurazione della sezione d'urto di-fotone inclusiva basata sull'intero set di dati di collisione protone-protone del 2012 registrato a un'energia del centro di massa di 8 TeV. La precisione è aumentata di un fattore due rispetto alla precedente misurazione ATLAS (basata sul campione di dati del 2011 più piccolo registrato a 7 TeV), tale che l'incertezza sperimentale totale è ora tipicamente del 5%.

Secondo la teoria delle interazioni forti, il tasso di produzione di tali processi del Modello Standard è sensibile sia ai termini perturbativi di ordine elevato (interazioni di particelle più complesse che coinvolgono fluttuazioni quantistiche) sia alla dinamica di ulteriori particelle a bassa energia emesse durante il processo di scattering. Le previsioni teoriche sono quindi attualmente precise solo al livello del 10%. I calcoli basati su un numero fisso di termini perturbativi nell'espansione in serie (prossimo all'ordine iniziale e prossimo all'ordine iniziale nella forza di accoppiamento forte) sottovalutano i dati al di là delle incertezze teoriche previste.

Nel nuovo risultato ATLAS, la distorsione nella velocità di produzione della coppia di fotoni originata dall'emissione di particelle a bassa energia è stata sondata in modo molto preciso grazie allo studio di due nuove osservabili. Modellando accuratamente l'emissione aggiuntiva, le previsioni risultano essere in accordo con i dati nelle regioni sensibili.

Questi risultati forniscono informazioni cruciali sia per gli sperimentali che per i teorici sulla dinamica dell'interazione forte all'LHC, e dovrebbe portare a migliori previsioni del Modello Standard dei processi di-fotonici.