Le forze fondamentali della natura sono intimamente legate alle corrispondenti simmetrie. Per esempio, le proprietà delle interazioni elettromagnetiche (o della forza) possono essere derivate richiedendo che la teoria che la descrive rimanga invariata (o invariante ) sotto una certa trasformazione localizzata. Tale invarianza è detta simmetria, proprio come si farebbe riferimento a un oggetto come simmetrico se sembra lo stesso dopo essere stato ruotato o riflesso. La particolare simmetria relativa alle forze agenti tra le particelle si chiama simmetria del calibro .

Il risultato bosoni di gauge che trasportano le forze sono:il fotone senza massa per l'elettromagnetismo, i gluoni privi di massa per l'interazione forte, ei bosoni massicci W e Z per l'interazione debole. Se la natura ha simmetrie oltre quelle che conosciamo attualmente, potremmo osservare particelle che trasportano forza aggiuntiva. Il fatto che tali particelle non siano state scoperte in precedenza indica che potrebbero essere molto pesanti, troppo pesanti per essere state prodotte da precedenti collisori di particelle.

Tendiamo a pensare a queste ipotetiche particelle come versioni ancora più pesanti dei bosoni W e Z, che sono tra le particelle fondamentali più pesanti conosciute oggi, e li chiamiamo bosoni W' e Z'. Vale la pena notare che è la grande massa dei bosoni W e Z che fa apparire l'interazione debole così debole. E con i bosoni W' e Z' ritenuti almeno alcune decine di volte più pesanti delle loro controparti, dovrebbero mediare interazioni assolutamente deboli. Questo spiegherebbe perché tali interazioni non sono ancora state osservate.

Così, come potrebbe l'esperimento ATLAS scoprire i bosoni W' e Z', dovrebbero esistere? Esattamente nello stesso modo in cui i bosoni W e Z sono stati scoperti al CERN più di 30 anni fa. Ci si aspetta che il bosone Z' decada in una coppia di leptoni carichi (elettrone-positrone o muone-antimuone), fornendo una firma pulita nell'ambiente di collisione a 13 TeV altrimenti affollato. La massa a riposo (o massa invariante) del bosone in decadimento è calcolato dai momenti leptonici misurati. La presenza del bosone Z' si manifesterebbe come un "urto" nella distribuzione di massa invariante che altrimenti cade dolcemente. Ci si aspetta che il bosone W' decada in un leptone carico e in un neutrino, che è anche una firma pulita, anche se il neutrino non viene rilevato e ricostruito solo parzialmente dal bilancio del momento nell'evento di collisione. In questo caso, il massa trasversale è calcolato come una stima della massa invariante, e il bosone W' verrebbe visto come un rigonfiamento nella distribuzione corrispondente.

La massa invariante misurata e le distribuzioni di massa trasversale sono mostrate nelle Figure 2 e 3, rispettivamente. I dati si adattano bene alle aspettative dei processi noti, e non vengono trovati urti statisticamente significativi. Sulla base dei contributi previsti da ipotetici segnali W' e Z', visualizzati come istogrammi aperti nella parte alta delle distribuzioni, la mancanza di un eccesso significa che se esistono i bosoni W' o Z', devono avere masse superiori a circa 4-5 TeV, circa 50 volte la massa del bosone Z. Poiché l'esperimento ATLAS continua a raccogliere dati negli anni a venire, c'è ancora una possibilità che venga svelata una nuova simmetria della natura, potenzialmente fornendo risposte ad alcune delle domande chiave aperte nella fisica fondamentale.