As forças fundamentais da natureza estão intimamente relacionadas às simetrias correspondentes. Por exemplo, as propriedades das interações eletromagnéticas (ou força) podem ser derivadas exigindo que a teoria que as descreve permaneça inalterada (ou invariante ) sob uma certa transformação localizada. Essa invariância é chamada de simetria, da mesma forma que alguém se referiria a um objeto como sendo simétrico se ele tivesse a mesma aparência depois de ser girado ou refletido. A simetria particular relacionada às forças que atuam entre as partículas é chamada medir simetria .

O resultado medir bósons que carregam as forças são:o fóton sem massa para eletromagnetismo, os glúons sem massa para a interação forte, e os bósons W e Z massivos para a interação fraca. Se a natureza tem simetrias além das que conhecemos atualmente, pudemos observar partículas portadoras de força adicionais. O fato de tais partículas não terem sido descobertas anteriormente indica que elas podem ser muito pesadas - muito pesadas para terem sido produzidas por colisões de partículas anteriores.

Temos a tendência de pensar nessas partículas hipotéticas como versões ainda mais pesadas dos bósons W e Z, que estão entre as partículas fundamentais mais pesadas conhecidas hoje, e nos referimos a eles como bósons W 'e Z'. É importante notar que é a grande massa dos bósons W e Z que faz a interação fraca parecer tão fraca. E com os bósons W 'e Z' considerados pelo menos algumas dezenas de vezes mais pesados ​​do que seus equivalentes, eles teriam que mediar interações absolutamente fracas. Isso explicaria por que tais interações ainda não foram observadas.

Então, como o experimento ATLAS pode descobrir os bósons W 'e Z', eles deveriam existir? Exatamente da mesma forma que os bósons W e Z foram descobertos no CERN há mais de 30 anos. Espera-se que o bóson Z 'decaia em um par de leptons carregados (elétron-pósitron ou múon-antimuon), fornecendo uma assinatura limpa no ambiente de colisão de 13 TeV, de outra forma lotado. A massa restante (ou massa invariante) do bóson decadente é calculado a partir dos momentos leptônicos medidos. A presença do bóson Z 'se manifestaria como uma "saliência" na distribuição de massa invariante de queda suave. Espera-se que o bóson W 'decaia em um leptão carregado e um neutrino, que também é uma assinatura limpa, embora o neutrino não seja detectado e apenas parcialmente reconstruído a partir do equilíbrio do momento no evento de colisão. Nesse caso, a massa transversal é calculado como uma estimativa da massa invariante, e o bóson W 'seria visto como uma saliência na distribuição correspondente.

A massa invariante medida e as distribuições de massa transversal são mostradas nas Figuras 2 e 3, respectivamente. Os dados se encaixam bem com a expectativa de processos conhecidos, e nenhuma saliência estatisticamente significativa é encontrada. Com base nas contribuições esperadas de sinais hipotéticos W 'e Z', exibidos como histogramas abertos na extremidade superior das distribuições, a falta de um excesso significa que se os bósons W 'ou Z' existem, eles devem ter massas acima de aproximadamente 4-5 TeV, aproximadamente 50 vezes a massa do bóson Z. Como o experimento ATLAS continua a coletar dados nos próximos anos, ainda há uma chance de que uma nova simetria da natureza seja revelada, potencialmente fornecendo respostas a algumas das principais questões em aberto na física fundamental.