Hoogenergetische fotonparen bij de Large Hadron Collider staan ​​bekend om twee dingen. Eerst, als een schoon vervalkanaal van het Higgs-deeltje. Tweede, voor het op gang brengen van enkele levendige discussies in de wetenschappelijke gemeenschap eind 2015, toen een bescheiden overmaat boven de standaardmodelvoorspellingen werd waargenomen door de ATLAS- en CMS-samenwerkingen. Toen de veel grotere dataset van 2016 werd geanalyseerd, echter, geen overmaat werd waargenomen.

Toch zijn de meeste fotonparen die bij de LHC worden geproduceerd niet afkomstig van het verval van een Higgs-boson (of een nieuw, onontdekt deeltje). In plaats daarvan, meer dan 99% zijn van vrij eenvoudige interacties tussen de protonbestanddelen, zoals quark-antiquark annihilatie. Natuurkundigen van ATLAS hebben aanzienlijke inspanningen geleverd om ons begrip van deze standaardmodelprocessen te verbeteren.

ATLAS heeft een nieuwe meting vrijgegeven van de inclusieve di-foton-dwarsdoorsnede op basis van de volledige gegevensset van proton-protonbotsingen uit 2012, opgenomen bij een massamiddelpuntsenergie van 8 TeV. De nauwkeurigheid is met een factor twee verhoogd in vergelijking met de vorige ATLAS-meting (gebaseerd op het kleinere gegevensmonster uit 2011 opgenomen bij 7 TeV), zodat de totale experimentele onzekerheid nu typisch 5% is.

Volgens de theorie van sterke interacties, de productiesnelheid van dergelijke standaardmodelprocessen is gevoelig voor zowel perturbatieve termen van hoge orde (complexere deeltjesinteracties met kwantumfluctuaties) en de dynamiek van extra laagenergetische deeltjes die tijdens het verstrooiingsproces worden uitgezonden. Theoretische voorspellingen zijn dus momenteel alleen nauwkeurig op het niveau van 10%. Berekeningen op basis van een vast aantal perturbatieve termen in de reeksuitbreiding (naast de leidende orde en naast de leidende orde in de sterke koppelingssterkte) onderschatten de gegevens buiten de geprojecteerde theoretische onzekerheden.

In het nieuwe ATLAS-resultaat de vervorming in de productiesnelheid van fotonenparen die voortkomt uit de emissie van laagenergetische deeltjes is zeer nauwkeurig onderzocht dankzij de studie van twee nieuwe waarneembare objecten. Door de extra emissie nauwkeurig te modelleren, de voorspellingen blijken overeen te komen met de gegevens in de gevoelige regio's.

Deze resultaten bieden cruciale informatie voor zowel experimentatoren als theoretici over de dynamiek van de sterke interactie bij de LHC, en zou moeten leiden tot verbeterde standaardmodelvoorspellingen van di-fotonprocessen.