Dois dos processos mais raros testados até agora no Grande Colisor de Hádrons, o espalhamento entre os bósons W e Z emitidos por quarks em colisões próton-próton, foram estabelecidas pelo experimento ATLAS no CERN.

Os bósons W e Z desempenham o mesmo papel mediador para a interação nuclear fraca que os fótons fazem para o eletromagnetismo. À medida que os feixes de luz de fótons de tochas ou lasers penetram uns nos outros de forma não afetada, "sabres de luz" eletromagnéticos permanecerão para sempre como ficção científica. Contudo, feixes de bósons W e Z - ou "raios de luz fracos" - podem se espalhar uns dos outros.

Uma das principais motivações para a construção do Large Hadron Collider (LHC) no CERN foi estudar exatamente este processo, chamado fraco "espalhamento de bóson vetorial" (VBS). Um quark em cada um dos dois prótons em colisão deve irradiar um bóson W ou Z. Essas partículas de vida extremamente curta só são capazes de voar a uma distância de 0,1x10 ^-15 m antes de se transformar em outras partículas, e sua interação com outras partículas é limitada a uma faixa de 0,002x10 ^-15 m. Em outras palavras, esses "sabres de luz fracos" extremamente curtos se estendem apenas cerca de 1/10 do raio de um próton e têm que se aproximar um do outro por 1/500 do raio de um próton! Essa coincidência extremamente improvável acontece apenas uma vez em cada 20, 000 bilhões de interações próton-próton, normalmente registrado em um dia de operação do LHC.

Usando dados de 2016, ATLAS agora, sem dúvida, observou a produção eletrofraca WZ e WW, com a parte dominante sendo o espalhamento do bóson de vetor fraco:W ^± C ^± → W ^± C ^± e W ^± Z → W ^± Z. Isso continua a longa jornada do experimento para examinar o processo VBS:usando dados de 8 TeV de 2012, ATLAS obteve a primeira evidência para o W ^± C ^± → W ^± C ^± processo com 18 eventos candidatos. Tal rendimento ocorreria com uma probabilidade de menos de 1:3000 como uma flutuação estatística pura. Agora, em uma energia de centro de massa superior de 13 TeV, ATLAS identificou 60 W ^± C ^± → W ^± C ^± eventos, o que só aconteceria menos de uma vez em 200 bilhões de casos como uma flutuação de processos puros de fundo. Isso corresponde a uma significância estatística de 6,9 ​​desvios padrão (σ) acima do fundo. Além dos produtos de decaimento dos bósons W ou Z dispersos, a assinatura do processo são dois jatos de partículas de alta energia originados dos dois quarks que irradiaram inicialmente o W ou Z.

ATLAS também combinou dados de 2015 e 2016 para estabelecer a dispersão de W ^± Z → W ^± Z com significância estatística de 5,6 σ acima do fundo. Neste canal, os dados de baixa energia de 2012 revelaram uma significância de apenas 1,9σ, não é suficiente para reivindicar qualquer evidência para o processo. Desta vez, graças a uma técnica de análise multivariada "BDT" implementada em 2016, ATLAS foi capaz de isolar 44 eventos candidatos de sinal, dos quais cerca de metade revela valores de "pontuação BDT" acima de 0,4, onde apenas um pouco de fundo está presente.

Para este processo de espalhamento de bósons vetoriais, três "vértices" básicos do Modelo Padrão contribuem:a interação via o conhecido "acoplamento de bóson triplo" é drasticamente reduzida pelas contribuições de "acoplamentos de bóson quártico" e "acoplamentos de bóson-Higgs". Apenas o último garante que a taxa desse espalhamento para grandes energias de centro de massa obedeça à lei básica da "unitariedade", que a probabilidade não pode ser maior que 100%. Com a descoberta do VBS, um novo capítulo de testes de modelo padrão foi iniciado, permitindo que o ATLAS examine os acoplamentos e propriedades do bóson quártico até agora experimentalmente inacessíveis do bóson de Higgs.