Bijna 100 jaar geleden ontdekt door Ernest Rutherford, het proton was een van de eerste deeltjes die diepgaand werd bestudeerd. Toch is er nog veel over dat een mysterie blijft. Waar komen zijn massa en spin vandaan? Waar is het van gemaakt? Om deze vragen te beantwoorden, natuurkundigen van het ATLAS-experiment gebruiken "jets" van deeltjes die worden uitgezonden door de Large Hadron Collider (LHC) als een vergrootglas om de binnenstructuur van het proton te onderzoeken.

De protonstructuur en zijn dynamiek worden beschreven door de theorie van sterke interacties, kwantumchromodynamica (QCD). Het stelt het proton (en andere hadronen) voor als een systeem van elementaire deeltjes, in dit geval quarks en gluonen. QCD legt uit hoe deze quarks en gluonen op elkaar inwerken en, bijgevolg, wat blijkt uit hoogenergetische proton-protonbotsingen bij de LHC.

Een van de opmerkelijke kenmerken van QCD is dat quarks en gluonen niet als vrije deeltjes kunnen worden waargenomen. In plaats daarvan, ze binden altijd om hadronen te vormen. QCD voorspelt ook dat "jets" van hadronen geproduceerd in LHC-botsingen in een paar verschillende richtingen van het interactiepunt zullen wegvliegen. Deze richtingen komen overeen met die van de oorspronkelijke quarks en gluonen.

De waarschijnlijkheid van het waarnemen van een jet met bepaalde kinematische eigenschappen (een zogenaamde "dwarsdoorsnede") kan worden berekend in QCD. Er is een grotere kans op het produceren van een jet met een laag transversaal momentum dan het produceren van een jet met een hoog transversaal momentum.

De ATLAS-detector meet jets over een breed scala aan transversale momenten, waarbij de productiesnelheid met meer dan 10 ordes van grootte varieert. Miljarden jets met een transversaal momentum van 100 GeV zijn gedetecteerd, toch hebben we tot nu toe slechts een paar 2 TeV-jets gezien. Een opmerkelijk succes van QCD is dat het dit brede scala aan energieën zo nauwkeurig kan beschrijven!

In een onlangs verschenen krant Natuurkundigen van ATLAS telden hoeveel jets met een gegeven transversaal momentum er waren in de gegevens van 2012. Dit werd vervolgens vergeleken met verschillende theoretische voorspellingen en bleek overeen te komen. Deze resultaten zullen naar verwachting de parameters van de protonstructuur beperken.