Sinds de LHC in 2009 met zijn eerste protonen in botsing kwam, de ATLAS-samenwerking heeft hun interacties voortdurend met toenemende precisie bestudeerd. Tot op de dag van vandaag, het heeft altijd waargenomen dat ze zijn zoals verwacht door het standaardmodel. Hoewel het onomstreden blijft, natuurkundigen zijn ervan overtuigd dat er een betere theorie moet bestaan ​​om bepaalde fundamentele vragen te verklaren:wat is de aard van de donkere materie? Waarom is de zwaartekracht zo zwak in vergelijking met de andere krachten?

Antwoorden kunnen worden gevonden door te kijken naar een zeer zeldzaam proces dat nog nooit eerder door ATLAS was bestudeerd:de interactie van vier bosonen, wiens handtekening de aanwezigheid is van een Z-boson, een foton en twee hoogenergetische jets. Dit is een uitstekende sonde van de elektrozwakke sector van het standaardmodel en is erg gevoelig voor nieuwe natuurkundige modellen. Echter, dit proces is erg moeilijk te detecteren, gezien de zeldzaamheid en het grote aantal verschillende processen die zijn handtekening kunnen nabootsen (bekend als "achtergrond"). De belangrijkste achtergrond is afkomstig van de productie van een Z-boson en een foton vergezeld van twee jets, die, in tegenstelling tot het elektrozwakke proces waarin we geïnteresseerd zijn, wordt geproduceerd via sterke interacties.

Dit leidt tot verschillen in de kinematica van de waargenomen jets, die worden beschreven in een onlangs ingediende paper aan de Journal of High Energy Physics , waar ATLAS een zoekopdracht voor dergelijke gebeurtenissen presenteert met behulp van 8 TeV-gegevens. Gebruikmakend van de wetenschap dat de terugspringende quarks jets zullen produceren die een zeer grote invariante massa hebben en ver uit elkaar liggen in de detector, ATLAS heeft de achtergrond kunnen verminderen en de grote experimentele onzekerheden kunnen verminderen om het signaal te extraheren.

De achtergrond wordt onderdrukt door gebeurtenissen te selecteren waarbij de twee jets een invariante massa hebben die groter is dan 500 GeV. Het signaal en de hoofdachtergrond worden verder gescheiden door de centraliteit van het Z-fotonsysteem ten opzichte van de twee jets te kwantificeren. Gebeurtenissen met een lage centraliteit worden eerder geproduceerd via het elektrozwakke signaalproces, terwijl gebeurtenissen met een hoge centraliteit eerder afkomstig zijn van sterke interacties. Dit wordt geïllustreerd in figuur 1 (a), waar een kleine overmaat aan gebeurtenissen boven de voorspelde achtergrond wordt waargenomen, met een statistische significantie van 2σ.

De centraliteit wordt gebruikt om de event rate (dwarsdoorsnede) van het signaal alleen te meten, en van de som van het signaal en de hoofdachtergrond. Beide bleken in overeenstemming te zijn met de voorspellingen van het Standaardmodel binnen de grote statistische onzekerheid. Er is ook gezocht naar afwijkingen bij de koppeling van vier bosonen, door te kijken naar de staarten van het transversale energiespectrum van het foton dat kan worden verbeterd door nieuwe natuurkundige bijdragen (blauwe stippellijn in figuur 1 (b)). Er is geen afwijking van het standaardmodel waargenomen en er worden strenge grenzen gesteld aan de aanwezigheid van nieuwe fysica in deze regio.

Het standaardmodel zal zijn geheimen blijven bewaren... tot de volgende reeks resultaten.