Descubierto hace casi 100 años por Ernest Rutherford, el protón fue una de las primeras partículas que se estudiaron en profundidad. Sin embargo, todavía hay mucho sobre él que sigue siendo un misterio. ¿De dónde proviene su masa y giro? ¿De qué está hecho? Para responder a estas preguntas, Los físicos del Experimento ATLAS están usando "chorros" de partículas emitidas por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) como una lupa para examinar la estructura interna del protón.

La estructura del protón y su dinámica se describen mediante la teoría de interacciones fuertes, cromodinámica cuántica (QCD). Representa el protón (y otros hadrones) como un sistema de partículas elementales, en este caso quarks y gluones. QCD explica cómo interactúan estos quarks y gluones y, como consecuencia, lo que emerge de las colisiones protón-protón de alta energía en el LHC.

Una de las características notables de QCD es que los quarks y gluones no se pueden observar como partículas libres. En lugar de, siempre se unen para formar hadrones. QCD también predice que los "chorros" de hadrones producidos en las colisiones del LHC volarán lejos del punto de interacción en algunas direcciones distintas. Estas direcciones corresponden a las de los quarks y gluones originales.

La probabilidad de observar un chorro con ciertas propiedades cinemáticas (llamado "sección transversal") se puede calcular en QCD. Existe una mayor probabilidad de producir un chorro con un momento transversal bajo que producir un chorro con un momento transversal alto.

El detector ATLAS mide chorros en una amplia gama de momentos transversales, con una tasa de producción que varía en más de 10 órdenes de magnitud. Se han detectado miles de millones de chorros con un impulso transversal de 100 GeV, sin embargo, hasta ahora solo hemos visto unos pocos jets de 2 TeV. ¡Un éxito notable de QCD es que es capaz de describir esta amplia gama de energías con tanta precisión!

En un artículo publicado recientemente, Los físicos de ATLAS contaron cuántos chorros de un momento transversal dado había en los datos de 2012. Esto luego se comparó con varias predicciones teóricas y se encontró que estaba de acuerdo. Se espera que estos resultados limiten los parámetros de la estructura del protón.