Nel Modello Standard della fisica delle particelle, le particelle elementari acquisiscono le loro masse interagendo con il campo di Higgs. Questo processo è governato da un meccanismo delicato:la rottura della simmetria elettrodebole (EWSB). Sebbene EWSB sia stato proposto per la prima volta nel 1964, rimane tra i fenomeni meno compresi del Modello Standard poiché è necessario un ampio set di dati di collisioni di particelle ad alta energia per sondarlo.

Dopo la scoperta del bosone di Higgs nel 2012, l'indagine sull'EWSB alla frontiera delle alte energie è iniziata sul serio al Large Hadron Collider (LHC) al CERN. Oltre a misurare con precisione le proprietà del bosone di Higgs, in particolare, il suo autoaccoppiamento:una strada chiave per sondare l'EWSB è lo studio del comportamento ad alta energia dei bosoni W e Z mentre si disperdono l'uno sull'altro. Questo processo, che è governato da interazioni elettrodeboli, è noto come diffusione massiva di bosoni vettoriali.

Lo scattering di bosoni vettoriali è uno dei numerosi processi elettrodeboli che contribuiscono alla produzione di una coppia di bosoni W o Z in associazione con due "getti" di particelle adroniche (ciascuno originato da un quark), che si producono preferenzialmente opposti l'uno all'altro in direzione lungo i fasci di protoni. Senza il bosone di Higgs, la velocità di questo processo crescerebbe indefinitamente con l'energia di collisione. Il meccanismo EWSB dovrebbe proprio annullare questa crescita incontrollata, secondo il Modello Standard. Però, potenziali nuovi processi fisici potrebbero influenzare la velocità di questo processo ad alta energia, rendendo la sua misurazione precisa un obiettivo importante per gli esperimenti di LHC.

I fisici di ATLAS cercano nelle collisioni di LHC la produzione elettrodebole di due getti in associazione con una coppia di bosoni vettori massicci:W ^± W ^± , W ^± Z o ZZ. Queste analisi sono molto impegnative a causa della scarsità del segnale in presenza di un grande, sfondo irriducibile di interazione forte. Per migliorare la sensibilità di rilevamento del segnale, I fisici di ATLAS hanno cercato eventi in cui i bosoni vettoriali erano decaduti in leptoni, e hanno applicato tecniche multivariate per sfruttare sottili differenze tra segnale ed eventi di fondo.

ATLAS ha osservato con successo la produzione elettrodebole di due getti in associazione con W ^± W ^± e W ^± Z nel 2018, usando 36 fb ^-1 di 13 TeV dati di collisione protone-protone. Questi risultati sono stati raggiunti grazie alla grande quantità di dati forniti da LHC, una metodologia di ricerca accuratamente ottimizzata, e l'eccellente calibrazione del rivelatore ATLAS per garantire una misurazione precisa di leptoni e getti. In queste misurazioni non è stata osservata alcuna deviazione significativa dalle previsioni del modello standard.

I fisici hanno quindi iniziato a osservare la produzione elettrodebole di due getti in associazione con ZZ, il più raro dei tre processi. La collaborazione CMS ha cercato questo processo utilizzando 36 fb ^-1 di dati, ma non ha ancora trovato prove evidenti.

Alla Conferenza della Società Europea di Fisica sulla Fisica delle Alte Energie (EPS-HEP) a Gand, Belgio, ATLAS ha presentato una nuova ricerca per questo processo utilizzando l'intero set di dati Run 2 (139 fb ^-1 ). Il risultato combina due diversi canali originati dai decadimenti della coppia di bosoni Z:quattro leptoni carichi e due leptoni carichi più due neutrini, rispettivamente. I discriminanti multivariati sotto forma di Boosted Decision Trees (BDT) sono addestrati per migliorare la separazione tra il segnale e lo sfondo. Le distribuzioni BDT osservate in entrambi i canali vengono esaminate insieme a un metodo statistico per determinare l'abbondanza del segnale.

Il nuovo risultato ATLAS prevede l'osservazione della produzione elettrodebole di due getti in associazione con ZZ, con una significatività statistica di 5,5 deviazioni standard. È compatibile con l'aspettativa del modello standard di 4,3 deviazioni standard.

L'osservazione di questo processo segna un'altra pietra miliare nello studio dell'EWSB. L'ulteriore esame di EWSB continuerà in altri canali, nonché con i futuri set di dati presso l'LHC.