In het standaardmodel van deeltjesfysica, elementaire deeltjes verkrijgen hun massa door interactie met het Higgs-veld. Dit proces wordt beheerst door een delicaat mechanisme:elektrozwakke symmetriebreking (EWSB). Hoewel EWSB voor het eerst werd voorgesteld in 1964, het blijft een van de minst begrepen fenomenen van het standaardmodel, omdat er een grote dataset van botsingen met hoge energiedeeltjes nodig is om het te onderzoeken.

Na de ontdekking van het Higgsdeeltje in 2012 het onderzoek naar EWSB aan de hoogenergetische grens begon serieus bij de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN. Afgezien van het nauwkeurig meten van de eigenschappen van het Higgs-deeltje, in het bijzonder, zijn zelfkoppeling - een belangrijke manier om EWSB te onderzoeken, is de studie van het hoge-energetische gedrag van W- en Z-bosonen terwijl ze van elkaar verstrooien. Dit proces, die wordt bepaald door elektrozwakke interacties, staat bekend als massale vectorbosonverstrooiing.

Vectorbosonverstrooiing is een van de vele elektrozwakke processen die bijdragen aan de productie van een paar W- of Z-bosonen in combinatie met twee "stralen" van hadronische deeltjes (elk afkomstig van een quark), die bij voorkeur tegenover elkaar in de richting langs de protonenbundels worden geproduceerd. Zonder het Higgs-deeltje, de snelheid van dit proces zou oneindig toenemen met de botsingsenergie. Het EWSB-mechanisme moet deze ongecontroleerde groei precies tenietdoen, volgens het Standaardmodel. Echter, potentiële nieuwe natuurkundige processen kunnen de snelheid van dit proces bij hoge energie beïnvloeden, waardoor de precieze meting een belangrijk doel is voor de LHC-experimenten.

Natuurkundigen van ATLAS zoeken LHC-botsingen op voor de elektrozwakke productie van twee jets in combinatie met een paar massieve vectorbosonen - ofwel W ^± W ^± , W ^± Z of Z. Deze analyses zijn zeer uitdagend vanwege de schaarste van het signaal in aanwezigheid van een grote, onherleidbare sterke interactie achtergrond. Om de signaaldetectiegevoeligheid te verbeteren, Natuurkundigen van ATLAS zochten naar gebeurtenissen waarbij de vectorbosonen waren vervallen tot leptonen, en ze pasten multivariate technieken toe om subtiele verschillen tussen signaal- en achtergrondgebeurtenissen te benutten.

ATLAS heeft met succes de elektrozwakke productie van twee jets waargenomen in samenwerking met W ^± W ^± en W ^± Z in 2018, met 36 fb ^-1 van 13 TeV proton-proton botsingsgegevens. Deze resultaten zijn bereikt dankzij de grote hoeveelheid gegevens die de LHC heeft verstrekt, een zorgvuldig geoptimaliseerde zoekmethode, en de uitstekende kalibratie van de ATLAS-detector om een ​​nauwkeurige meting van leptonen en jets te garanderen. Bij deze metingen werd geen significante afwijking van de voorspellingen van het standaardmodel waargenomen.

Natuurkundigen gingen vervolgens op zoek naar de elektrozwakke productie van twee jets in samenwerking met ZZ - de zeldzaamste van de drie processen. De CMS-samenwerking zocht naar dit proces met 36 fb ^-1 Van de gegevens, maar vond nog geen duidelijk bewijs.

Op de European Physical Society Conference on High-Energy Physics (EPS-HEP) in Gent, België, ATLAS presenteerde een nieuwe zoekopdracht voor dit proces met behulp van de volledige Run 2-dataset (139 fb ^-1 ). Het resultaat combineert twee verschillende kanalen die afkomstig zijn van het verval van het Z-bosonpaar:vier geladen leptonen en twee geladen leptonen plus twee neutrino's, respectievelijk. Multivariate discriminanten in de vorm van Boosted Decision Trees (BDT) zijn getraind om de scheiding tussen het signaal en de achtergrond te verbeteren. De waargenomen BDT-verdelingen in beide kanalen worden samen met een statistische methode onderzocht om de signaalabundantie te bepalen.

Het nieuwe ATLAS-resultaat biedt de observatie van de elektrozwakke productie van twee jets in samenwerking met ZZ, met een statistische significantie van 5,5 standaarddeviaties. Het is compatibel met de standaardmodelverwachting van 4,3 standaarddeviaties.

De observatie van dit proces markeert een nieuwe mijlpaal in de studie van EWSB. Verdere controle van EWSB zal worden voortgezet in andere kanalen, evenals met toekomstige datasets bij de LHC.