Las fuerzas fundamentales de la naturaleza están íntimamente relacionadas con las correspondientes simetrías. Por ejemplo, las propiedades de las interacciones electromagnéticas (o fuerza) se pueden derivar requiriendo que la teoría que la describe permanezca sin cambios (o invariante ) bajo una cierta transformación localizada. Tal invariancia se conoce como simetría, al igual que uno se referiría a un objeto como simétrico si se ve igual después de rotarlo o reflejarlo. La simetría particular relacionada con las fuerzas que actúan entre las partículas se llama simetría de calibre .

La resultante bosones de calibre que llevan las fuerzas son:el fotón sin masa para el electromagnetismo, los gluones sin masa para la interacción fuerte, y los bosones masivos W y Z para la interacción débil. Si la naturaleza tiene simetrías más allá de las que conocemos actualmente, pudimos observar partículas portadoras de fuerza adicional. El hecho de que tales partículas no hayan sido descubiertas previamente indica que podrían ser muy pesadas, demasiado pesadas para haber sido producidas por colisionadores de partículas anteriores.

Tendemos a pensar en estas partículas hipotéticas como versiones aún más pesadas de los bosones W y Z, que se encuentran entre las partículas fundamentales más pesadas conocidas en la actualidad, y nos referimos a ellos como bosones W 'y Z'. Vale la pena señalar que es la gran masa de los bosones W y Z lo que hace que la interacción débil parezca tan débil. Y con los bosones W 'y Z' que se cree que son al menos unas pocas decenas de veces más pesados ​​que sus contrapartes, tendrían que mediar interacciones absolutamente débiles. Esto explicaría por qué aún no se han observado tales interacciones.

Entonces, ¿Cómo podría el Experimento ATLAS descubrir los bosones W 'y Z', ¿deberían existir? Exactamente de la misma forma en que se descubrieron los bosones W y Z en el CERN hace más de 30 años. Se espera que el bosón Z 'se descomponga en un par de leptones cargados (electrón-positrón o muón-antimuón), proporcionando una firma limpia en el entorno de colisión de 13 TeV que de otro modo estaría abarrotado. La masa en reposo (o masa invariante) del bosón en descomposición se calcula a partir de los momentos leptónicos medidos. La presencia del bosón Z 'se manifestaría como un "golpe" en la distribución de masa invariante que, de otro modo, caería suavemente. Se espera que el bosón W 'se descomponga en un leptón cargado y un neutrino, que también es una firma limpia, aunque el neutrino no se detecta y solo se reconstruye parcialmente a partir del equilibrio de impulso en el evento de colisión. En este caso, los masa transversal se calcula como una estimación de la masa invariante, y el bosón W 'se vería como un salto en la distribución correspondiente.

Las distribuciones de masa invariante y masa transversal medidas se muestran en las Figuras 2 y 3, respectivamente. Los datos encajan bien con las expectativas de los procesos conocidos, y no se encuentran protuberancias estadísticamente significativas. Basado en las contribuciones esperadas de las señales hipotéticas W 'y Z', se muestran como histogramas abiertos en el extremo superior de las distribuciones, la falta de un exceso significa que si existen los bosones W 'o Z', deben tener masas superiores a aproximadamente 4-5 TeV, aproximadamente 50 veces la masa del bosón Z. A medida que el Experimento ATLAS continúa tomando datos en los próximos años, todavía existe la posibilidad de que se revele una nueva simetría de la naturaleza, potencialmente proporcionando respuestas a algunas de las preguntas clave abiertas en la física fundamental.