Desde que o LHC colidiu com seus primeiros prótons em 2009, a ATLAS Collaboration tem estudado persistentemente suas interações com precisão crescente. Até hoje, sempre os observou como sendo esperados pelo Modelo Padrão. Embora permaneça não refutado, os físicos estão convencidos de que uma teoria melhor deve existir para explicar certas questões fundamentais:Qual é a natureza da matéria escura? Por que a força gravitacional é tão fraca em comparação com as outras forças?

As respostas podem ser encontradas olhando para um processo muito raro que nunca havia sido estudado pelo ATLAS:a interação de quatro bósons, cuja assinatura é a presença de um bóson Z, um fóton e dois jatos de alta energia. Esta é uma excelente sonda do setor eletrofraco do Modelo Padrão e é muito sensível a novos modelos físicos. Contudo, este processo é muito difícil de detectar, dada a sua raridade e o grande número de diferentes processos que podem imitar a sua assinatura (conhecido como "fundo"). O pano de fundo principal vem da produção de um bóson Z e um fóton acompanhado por dois jatos, que, ao contrário do processo eletrofraca que nos interessa, é produzido por meio de interações fortes.

Isso leva a diferenças na cinemática dos jatos observados, que são descritos em um artigo recentemente submetido ao Journal of High Energy Physics , onde ATLAS apresenta uma busca por tais eventos usando dados de 8 TeV. Utilizando o conhecimento de que os quarks de recuo produzirão jatos que têm uma massa invariante muito grande e são amplamente separados no detector, O ATLAS foi capaz de reduzir o background e mitigar as grandes incertezas experimentais para extrair o sinal.

O fundo é suprimido selecionando eventos onde os dois jatos têm uma massa invariante maior que 500 GeV. O sinal e o fundo principal são separados pela quantificação da centralidade do sistema de fótons Z em relação aos dois jatos. Eventos com baixa centralidade são mais prováveis ​​de serem produzidos por meio do processo de sinal eletrofraco, enquanto aqueles com alta centralidade são mais prováveis ​​de virem de interações fortes. Isso é ilustrado na Figura 1 (a), onde um pequeno excesso de eventos acima do fundo previsto é observado, com significância estatística de 2σ.

A centralidade é usada para medir a taxa de eventos (seção transversal) do sinal sozinho, e da soma do sinal e do fundo principal. Ambos foram considerados de acordo com as previsões do Modelo Padrão dentro da grande incerteza estatística. Anomalias no acoplamento de quatro bósons também foram pesquisadas, olhando para as caudas do espectro de energia transversal do fóton, que pode ser aprimorado por novas contribuições da física (linha pontilhada azul na Figura 1 (b)). Nenhum desvio do modelo padrão foi observado e limites rigorosos são definidos na presença de novos físicos nesta região.

O Modelo Padrão continuará mantendo seus segredos ... até o próximo conjunto de resultados.