Da quando LHC ha fatto scontrare i suoi primi protoni nel 2009, la Collaborazione ATLAS ha studiato costantemente le loro interazioni con crescente precisione. Fino ad oggi, li ha sempre osservati come previsti dal Modello Standard. Anche se rimane inconfutabile, i fisici sono convinti che debba esistere una teoria migliore per spiegare alcune domande fondamentali:qual è la natura della materia oscura? Perché la forza gravitazionale è così debole rispetto alle altre forze?

Le risposte possono essere trovate osservando un processo molto raro che in precedenza non era mai stato studiato da ATLAS:l'interazione di quattro bosoni, la cui firma è la presenza di un bosone Z, un fotone e due getti ad alta energia. Si tratta di un'ottima sonda del settore elettrodebole del Modello Standard ed è molto sensibile ai nuovi modelli fisici. Però, questo processo è molto difficile da rilevare, data la sua rarità e il gran numero di processi diversi che possono imitare la sua firma (nota come "sfondo"). Lo sfondo principale deriva dalla produzione di un bosone Z e di un fotone accompagnato da due getti, quale, a differenza del processo elettrodebole a cui siamo interessati, viene prodotto tramite interazioni forti.

Ciò porta a differenze nella cinematica dei getti osservati, che sono descritti in un documento presentato di recente al Journal of High Energy Physics , dove ATLAS presenta una ricerca di tali eventi utilizzando dati a 8 TeV. Utilizzando la conoscenza che i quark rinculo produrranno getti che hanno una massa invariante molto grande e sono ampiamente separati nel rivelatore, ATLAS è stata in grado di ridurre il background e mitigare le grandi incertezze sperimentali per estrarre il segnale.

Lo sfondo viene soppresso selezionando eventi in cui i due getti hanno una massa invariante maggiore di 500 GeV. Il segnale e lo sfondo principale vengono ulteriormente separati quantificando la centralità del sistema di fotoni Z rispetto ai due getti. Gli eventi con bassa centralità hanno maggiori probabilità di essere prodotti tramite il processo del segnale elettrodebole, mentre quelli con alta centralità hanno maggiori probabilità di derivare da interazioni forti. Ciò è illustrato nella Figura 1 (a), dove si osserva un piccolo eccesso di eventi al di sopra dello sfondo previsto, con una significatività statistica di 2σ.

La centralità viene utilizzata per misurare la frequenza degli eventi (sezione d'urto) del solo segnale, e della somma del segnale e del fondo maggiore. Entrambi sono risultati in accordo con le previsioni del Modello Standard all'interno della grande incertezza statistica. Sono state inoltre ricercate anomalie sull'accoppiamento di quattro bosoni, osservando le code dello spettro di energia trasversale del fotone che possono essere migliorate da nuovi contributi fisici (linea tratteggiata blu in Figura 1 (b)). Non è stata osservata alcuna deviazione dal modello standard e sono stati fissati limiti rigorosi alla presenza di nuova fisica in questa regione.

Il Modello Standard continuerà a mantenere i suoi segreti... fino alla prossima serie di risultati.