Högenergifotonpar vid Large Hadron Collider är kända för två saker. Först, som en ren förfallskanal för Higgs-bosonen. Andra, för att ha utlöst några livliga diskussioner i det vetenskapliga samfundet i slutet av 2015, när ett blygsamt överskott över standardmodellens förutsägelser observerades av ATLAS- och CMS-samarbeten. När den mycket större datamängden från 2016 analyserades, dock, inget överskott observerades.

Ändå kommer de flesta fotonpar som produceras vid LHC inte från sönderfallet av en Higgs-boson (eller en ny, oupptäckt partikel). Istället, mer än 99 % kommer från ganska enkla interaktioner mellan protonbeståndsdelarna, såsom kvarka-antikvarkförintelse. ATLAS-fysiker har lagt ner betydande ansträngningar på att förbättra vår förståelse av dessa standardmodellprocesser.

ATLAS har släppt en ny mätning av det inkluderande di-foton-tvärsnittet baserat på hela 2012 års proton-protonkollisionsdatauppsättning registrerad vid en masscentrumenergi på 8 TeV. Precisionen ökas med en faktor två jämfört med den tidigare ATLAS-mätningen (baserat på det mindre dataprovet 2011 registrerat vid 7 TeV), så att den totala experimentella osäkerheten nu vanligtvis är 5 %.

Enligt teorin om starka interaktioner, produktionshastigheten för sådana standardmodellprocesser är känslig för både störande termer av hög ordning (mer komplexa partikelinteraktioner som involverar kvantfluktuationer) och dynamiken hos ytterligare lågenergipartiklar som emitteras under spridningsprocessen. Teoretiska förutsägelser är alltså för närvarande exakta endast på 10 %-nivån. Beräkningar baserade på ett fast antal störande termer i serieexpansionen (näst ledande ordning och näst näst ledande ordning i den starka kopplingsstyrkan) underskattar data bortom de projicerade teoretiska osäkerheterna.

I det nya ATLAS-resultatet, distorsionen i fotonparets produktionshastighet som härrör från utsläpp av lågenergipartiklar har undersökts mycket exakt tack vare studiet av två nya observerbara objekt. Genom att noggrant modellera de ytterligare utsläppen, Förutsägelserna visar sig överensstämma med uppgifterna i de känsliga regionerna.

Dessa resultat ger avgörande information för både experimentalister och teoretiker om dynamiken i den starka interaktionen vid LHC, och bör leda till förbättrade standardmodellförutsägelser av di-fotonprocesser.