Dos de los procesos más raros investigados hasta ahora en el Gran Colisionador de Hadrones, la dispersión entre los bosones W y Z emitidos por los quarks en las colisiones protón-protón, han sido establecidos por el experimento ATLAS en el CERN.

Los bosones W y Z juegan el mismo papel mediador para la interacción nuclear débil que los fotones para el electromagnetismo. A medida que los rayos de luz de fotones de antorchas o láseres se penetran mutuamente, Los "sables de luz" electromagnéticos siempre serán ciencia ficción. Sin embargo, los haces de bosones W y Z, o "rayos de luz débiles", pueden dispersarse entre sí.

Una de las motivaciones clave para construir el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN fue estudiar exactamente este proceso, denominada "dispersión de bosones vectoriales" débil (VBS). Un quark en cada uno de los dos protones en colisión tiene que irradiar un bosón W o Z. Estas partículas de vida extremadamente corta solo pueden volar una distancia de 0.1x10 ^-15 m antes de transformarse en otras partículas, y su interacción con otras partículas se limita a un rango de 0,002x10 ^-15 metro. En otras palabras, ¡Estos "sables de luz débiles" extremadamente cortos se extienden solo alrededor de 1/10 del radio de un protón y tienen que aproximarse entre sí en 1/500 del radio de un protón! Una coincidencia tan extremadamente improbable ocurre solo una vez de cada 20, 000 billones de interacciones protón-protón, normalmente se registra en un día de funcionamiento del LHC.

Utilizando datos de 2016, ATLAS ha observado ahora sin duda la producción electrodébil de WZ y WW, siendo la parte dominante la dispersión del bosón del vector débil:W ^± W ^± → W ^± W ^± y W ^± Z → W ^± Z. Esto continúa el largo viaje del experimento para escudriñar el proceso de VBS:utilizando datos de 8 TeV de 2012, ATLAS había obtenido la primera evidencia de la W ^± W ^± → W ^± W ^± proceso con 18 eventos candidatos. Tal rendimiento ocurriría con una probabilidad de menos de 1:3000 como una fluctuación estadística pura. Ahora, a una energía de centro de masa más alta de 13 TeV, ATLAS ha identificado 60 W ^± W ^± → W ^± W ^± eventos, que solo ocurriría menos de una vez en 200 mil millones de casos como una fluctuación de procesos de fondo puro. Esto corresponde a una significación estadística de 6,9 ​​desviaciones estándar (σ) por encima del fondo. Además de los productos de desintegración de los bosones W o Z dispersos, la firma del proceso son dos chorros de partículas de alta energía que se originan a partir de los dos quarks que inicialmente irradiaban W o Z.

ATLAS también ha combinado los datos de 2015 y 2016 para establecer la dispersión de W ^± Z → W ^± Z con una significancia estadística de 5,6 σ por encima del fondo. En este canal, los datos de energía más baja de 2012 habían revelado una significancia de solo 1.9σ, no es suficiente para reclamar ninguna evidencia para el proceso. Esta vez, gracias a una técnica de análisis multivariante "BDT" implementada en 2016, ATLAS pudo aislar 44 eventos candidatos a señales, de los cuales aproximadamente la mitad revelan valores de "puntuación BDT" superiores a 0,4, donde solo hay pocos antecedentes.

Para este proceso de dispersión de bosones vectoriales, Contribuyen tres "vértices" básicos del Modelo Estándar:la interacción a través del conocido "acoplamiento de tres bosones" se reduce drásticamente por las contribuciones de los "acoplamientos de bosones cuárticos" y los "acoplamientos de bosones de Higgs". Sólo el último asegura que la tasa de esta dispersión para grandes energías de centro de masa obedece a la ley básica de "unitaridad", que una probabilidad no puede ser mayor al 100%. Con el descubrimiento de VBS, ha comenzado un nuevo capítulo de pruebas del modelo estándar, permitiendo que ATLAS escudriñe las propiedades y acoplamientos del bosón cuártico hasta ahora experimentalmente inaccesibles del bosón de Higgs.