Scoperta quasi 100 anni fa da Ernest Rutherford, il protone è stata una delle prime particelle ad essere studiata in profondità. Eppure c'è ancora molto che rimane un mistero. Da dove vengono la sua massa e il suo spin? Di cosa è fatto? Per rispondere a queste domande, i fisici dell'esperimento ATLAS stanno usando "getti" di particelle emesse dal Large Hadron Collider (LHC) come lente d'ingrandimento per esaminare la struttura interna del protone.

La struttura del protone e la sua dinamica sono descritte dalla teoria delle interazioni forti, cromodinamica quantistica (QCD). Descrive il protone (e altri adroni) come un sistema di particelle elementari, in questo caso quark e gluoni. QCD spiega come interagiscono questi quark e gluoni e, di conseguenza, ciò che emerge dalle collisioni protone-protone ad alta energia all'LHC.

Una delle caratteristiche notevoli della QCD è che quark e gluoni non possono essere osservati come particelle libere. Anziché, si legano sempre per formare adroni. Il QCD prevede anche che i "getti" di adroni prodotti nelle collisioni di LHC voleranno via dal punto di interazione in poche direzioni distinte. Queste direzioni corrispondono a quelle dei quark e dei gluoni originali.

La probabilità di osservare un getto con determinate proprietà cinematiche (chiamata "sezione trasversale") può essere calcolata in QCD. Esiste una maggiore probabilità di produrre un getto con un momento trasversale basso rispetto a produrre un getto con un momento trasversale elevato.

Il rilevatore ATLAS misura i getti attraverso un'ampia gamma di momenti trasversali, con il tasso di produzione che varia di oltre 10 ordini di grandezza. Sono stati rilevati miliardi di getti con un momento trasversale di 100 GeV, eppure finora abbiamo visto solo pochi getti da 2 TeV. Un notevole successo di QCD è che è in grado di descrivere questa vasta gamma di energie in modo così accurato!

In un documento pubblicato di recente, I fisici di ATLAS hanno contato quanti getti di un dato momento trasversale c'erano nei dati del 2012. Questo è stato poi confrontato con diverse previsioni teoriche ed è risultato essere in accordo. Questi risultati dovrebbero vincolare i parametri della struttura del protone.