Ända sedan LHC kolliderade sina första protoner 2009, ATLAS Collaboration har ständigt studerat deras interaktioner med ökande precision. Till denna dag, det har alltid observerat dem som förväntat av standardmodellen. Även om det förblir oväntat, fysikerna är övertygade om att det måste finnas en bättre teori för att förklara vissa grundläggande frågor:Vad är den mörka materiens karaktär? Varför är gravitationskraften så svag jämfört med de andra krafterna?

Svar kan hittas genom att titta på en mycket sällsynt process som tidigare aldrig studerats av ATLAS:samspelet mellan fyra bosoner, vars signatur är närvaron av en Z boson, en foton och två högenergistrålar. Detta är en utmärkt sond för den elektriskt svaga sektorn i standardmodellen och är mycket känslig för nya fysikmodeller. Dock, denna process är mycket svår att upptäcka, med tanke på dess sällsynthet och det stora antalet olika processer som kan efterlikna dess signatur (känd som "bakgrund"). Huvudbakgrunden kommer från produktionen av en Z boson och en foton tillsammans med två jetstrålar, som, till skillnad från den elektriskt svaga processen vi är intresserade av, produceras via starka interaktioner.

Detta leder till skillnader i kinematiken för de observerade strålarna, som beskrivs i ett nyligen lämnat papper till Journal of High Energy Physics , där ATLAS presenterar en sökning efter sådana händelser med hjälp av 8 TeV -data. Genom att använda kunskapen om att de rekylande kvarkerna kommer att producera jetplan som har en mycket stor invariant massa och är mycket åtskilda i detektorn, ATLAS har kunnat minska bakgrunden och mildra de stora experimentella osäkerheterna för att extrahera signalen.

Bakgrunden undertrycks genom att välja händelser där de två strålarna har en invariant massa större än 500 GeV. Signalen och huvudbakgrunden separeras ytterligare genom att kvantifiera Z-fotonystemets centralitet med avseende på de två strålarna. Händelser med låg centralitet kommer mer sannolikt att produceras via den elektro -svaga signalprocessen medan de med hög centralitet är mer benägna att komma från starka interaktioner. Detta illustreras i figur 1 (a), där ett litet överskott av händelser över den förutsagda bakgrunden observeras, med en statistisk signifikans på 2σ.

Centraliteten används för att mäta händelseshastigheten (tvärsnittet) av signalen ensam, och av summan av signalen och huvudbakgrunden. Båda befanns överensstämma med standardmodellsprognoser inom den stora statistiska osäkerheten. Anomalier på kopplingen av fyra bosoner har också sökts efter, genom att titta på svansarna i fotonets transversala energispektrum som kan förbättras med nya fysikbidrag (blå prickad linje i figur 1 (b)). Ingen avvikelse från standardmodellen har setts och strikta gränser sätts för närvaron av ny fysik i denna region.

Standardmodellen kommer att fortsätta att behålla sina hemligheter ... tills nästa uppsättning resultat.