Twee van de zeldzaamste processen die tot nu toe zijn onderzocht bij de Large Hadron Collider, de verstrooiing tussen W en Z bosonen uitgezonden door quarks in proton-proton botsingen, zijn vastgesteld door het ATLAS-experiment op CERN.

W- en Z-bosonen spelen dezelfde bemiddelende rol voor de zwakke nucleaire interactie als fotonen voor elektromagnetisme. Aangezien lichtstralen van fotonen van fakkels of lasers elkaar onaangetast doordringen, elektromagnetische "lichtzwaarden" zullen voor altijd sciencefiction blijven. Echter, bundels van W- en Z-bosonen - of "zwakke lichtstralen" - kunnen van elkaar verstrooien.

Een van de belangrijkste motivaties voor het bouwen van de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN was om precies dit proces te bestuderen, genaamd zwakke "vector boson scattering" (VBS). Eén quark in elk van twee botsende protonen moet een W- of een Z-boson uitstralen. Deze extreem kortlevende deeltjes kunnen slechts een afstand van 0,1x10 . vliegen ^-15 m alvorens te transformeren in andere deeltjes, en hun interactie met andere deeltjes is beperkt tot een bereik van 0,002x10 ^-15 m. Met andere woorden, deze extreem korte "zwakke lichtzwaarden" strekken zich slechts uit over 1/10e van de straal van een proton en moeten elkaar naderen met 1/500e van de straal van een proton! Zo'n extreem onwaarschijnlijk toeval komt maar een keer op de 20 voor, 000 miljard proton-proton interacties, meestal opgenomen in één dag LHC-werking.

Met behulp van 2016-gegevens, ATLAS heeft nu ongetwijfeld WZ en WW elektrozwakke productie waargenomen, met als dominante deel de zwakke vectorbosonverstrooiing:W ^± W ^± → W ^± W ^± en W ^± Z → W ^± Z. Dit zet de lange reis van het experiment voort om het VBS-proces onder de loep te nemen:met behulp van 8 TeV-gegevens uit 2012, ATLAS had het eerste bewijs voor de W . verkregen ^± W ^± → W ^± W ^± proces met 18 kandidaat-evenementen. Een dergelijke opbrengst zou optreden met een waarschijnlijkheid van minder dan 1:3000 als een zuivere statistische fluctuatie. Nutsvoorzieningen, bij een hoger zwaartepuntsenergie van 13 TeV, ATLAS heeft 60 W . geïdentificeerd ^± W ^± → W ^± W ^± evenementen, wat slechts minder dan eens in de 200 miljard gevallen zou gebeuren als een fluctuatie van pure achtergrondprocessen. Dit komt overeen met een statistische significantie van 6,9 standaarddeviaties (σ) boven de achtergrond. Naast de vervalproducten van de verstrooide W- of Z-bosonen, de handtekening van het proces zijn twee hoogenergetische deeltjesstralen afkomstig van de twee quarks die aanvankelijk de W of Z uitstraalden.

ATLAS heeft ook gegevens uit 2015 en 2016 gecombineerd om de verstrooiing van W . vast te stellen ^± Z → W ^± Z met een statistische significantie van 5,6 boven de achtergrond. Op dit kanaal, de lagere-energiegegevens van 2012 hadden een significantie van slechts 1,9 onthuld, niet voldoende om enig bewijs voor het proces te claimen. Deze keer, dankzij een multivariate "BDT"-analysetechniek die in 2016 werd geïmplementeerd, ATLAS was in staat 44 signaalkandidaatgebeurtenissen te isoleren, waarvan ongeveer de helft "BDT-score"-waarden boven 0,4 vertoont, waar weinig achtergrond aanwezig is.

Voor dit verstrooiingsproces van vectorbosonen, drie basis Standaard Model "hoekpunten" dragen bij:de interactie via de bekende "triple-boson-coupling" wordt drastisch verminderd door de bijdragen van "quartic-boson-couplings" en de "boson-Higgs-couplings". Alleen de laatste zorgt ervoor dat de snelheid van deze verstrooiing voor energieën met een groot massamiddelpunt voldoet aan de fundamentele "unitariteitswet", dat een kans niet groter kan zijn dan 100%. Met de ontdekking van VBS, een nieuw hoofdstuk van standaardmodeltests is begonnen, waardoor ATLAS de tot nu toe experimenteel ontoegankelijke quartic-boson-koppelingen en eigenschappen van het Higgs-deeltje onder de loep kan nemen.