I standardmodellen för partikelfysik, elementarpartiklar förvärvar sina massor genom att interagera med Higgsfältet. Denna process styrs av en delikat mekanism:elektrosvag symmetribrytning (EWSB). Även om EWSB först föreslogs 1964, det är fortfarande ett av de minst förstådda fenomenen i standardmodellen eftersom det krävs en stor datauppsättning av högenergipartikelkollisioner för att undersöka den.

Efter upptäckten av Higgsbosonen 2012, undersökningen av EWSB vid högenergigränsen började på allvar på Large Hadron Collider (LHC) vid CERN. Bortsett från att exakt mäta egenskaperna hos Higgs-bosonen - i synnerhet, dess självkoppling-en viktig väg för att sondera EWSB är studien av W- och Z-bosons högenergibeteende när de sprids av varandra. Denna process, som styrs av elektrosvaga interaktioner, är känt som massiv vektorbosonspridning.

Vektors bosonspridning är en av flera elektriskt svaga processer som bidrar till produktionen av ett par W- eller Z -bosoner i samband med två "strålar" av hadroniska partiklar (var och en härstammar från en kvark), som produceras företrädesvis motsatta varandra i riktning längs protonstrålarna. Utan Higgs boson, hastigheten för denna process skulle växa på obestämd tid med kollisionenergin. Den EWSB Mekanismen bör exakt tar ut denna okontrollerade tillväxt, enligt standardmodellen. Dock, potentiella nya fysikprocesser kan påverka hastigheten för denna process vid hög energi, gör dess exakta mätning till ett viktigt mål för LHC-experimenten.

ATLAS-fysiker söker LHC-kollisioner efter den elektrosvaga produktionen av två jetstrålar i förening med ett par massiva vektorbosoner – antingen W ^± W ^± , W ^± Z eller ZZ. Dessa analyser är mycket utmanande på grund av bristen på signalen i närvaro av en stor, oreducerbar stark interaktionsbakgrund. För att förbättra känsligheten för signaldetektering, ATLAS-fysiker sökte efter händelser där vektorbosonerna hade sönderfallit till leptoner, och de tillämpade multivariata tekniker för att utnyttja subtila skillnader mellan signal- och bakgrundshändelser.

ATLAS framgångsrikt observerade elektro produktion av två strålar i samband med W ^± W ^± och W ^± Z under 2018, med 36 fb ^-1 av 13 TeV proton–proton kollisionsdata. Dessa resultat uppnåddes tack vare den stora mängd data som tillhandahålls av LHC, en noggrant optimerad sökmetodik, och den utmärkta kalibreringen av ATLAS-detektorn för att garantera en exakt mätning av leptoner och jetstrålar. Ingen signifikant avvikelse från standardmodellprognoser sågs i dessa mätningar.

Fysiker gav sig sedan ut för att observera den elektrosvaga produktionen av två jetstrålar i samband med ZZ - den sällsynta av de tre processerna. CMS -samarbetet sökte efter denna process med 36 fb ^-1 av data, men hittade inga tydliga bevis ännu.

Vid European Physical Society Conference on High-Energy Physics (EPS-HEP) i Gent, Belgien, ATLAS presenterade en ny sökning efter denna process med hjälp av hela Run 2 -datasetet (139 fb ^-1 ). Resultatet kombinerar två olika kanaler som härrör från sönderfallet av Z-bosonparet:fyra laddade leptoner och två laddade leptoner plus två neutriner, respektive. Multivariata diskriminanter i form av Boosted Decision Trees (BDT) tränas för att förbättra separationen mellan signalen och bakgrunden. De observerade BDT -fördelningarna i båda kanalerna undersöks tillsammans med en statistisk metod för att bestämma signalmängden.

Det nya ATLAS-resultatet ger observation av den elektrosvaga produktionen av två jetstrålar i samband med ZZ, med en statistisk signifikans på 5,5 standardavvikelser. Den är kompatibel med standardmodellen förväntan på 4,3 standardavvikelser.

Observationen av denna process markerar en milstolpe i studiet av EWSB. Ytterligare granskning av EWSB kommer att fortsätta i andra kanaler samt med framtida datamängder vid LHC.