En el modelo estándar de física de partículas, las partículas elementales adquieren sus masas al interactuar con el campo de Higgs. Este proceso se rige por un delicado mecanismo:la ruptura de la simetría electrodébil (EWSB). Aunque EWSB se propuso por primera vez en 1964, sigue siendo uno de los fenómenos menos comprendidos del Modelo Estándar, ya que se requiere un gran conjunto de datos de colisiones de partículas de alta energía para probarlo.

Después del descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, la investigación de EWSB en la frontera de alta energía comenzó en serio en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN. Aparte de medir con precisión las propiedades del bosón de Higgs, en particular, su autoacoplamiento, una vía clave para probar EWSB es el estudio del comportamiento de alta energía de los bosones W y Z a medida que se dispersan entre sí. Este proceso, que se rige por interacciones electrodébiles, se conoce como dispersión masiva de bosones vectoriales.

La dispersión de bosones vectoriales es uno de varios procesos electrodébiles que contribuyen a la producción de un par de bosones W o Z en asociación con dos "chorros" de partículas hadrónicas (cada una de las cuales se origina en un quark), que se producen preferentemente opuestos entre sí en dirección a lo largo de los haces de protones. Sin el bosón de Higgs, la velocidad de este proceso aumentaría indefinidamente con la energía de colisión. El mecanismo EWSB debería cancelar precisamente este crecimiento descontrolado, según el Modelo Estándar. Sin embargo, posibles nuevos procesos físicos podrían influir en la velocidad de este proceso a alta energía, haciendo de su medición precisa un objetivo importante para los experimentos del LHC.

Los físicos de ATLAS buscan colisiones del LHC para la producción electrodébil de dos chorros en asociación con un par de bosones vectoriales masivos, ya sea W ^± W ^± , W ^± Z o ZZ. Estos análisis son muy desafiantes debido a la escasez de la señal en presencia de una gran cantidad de Fondo de interacción fuerte irreducible. Para mejorar la sensibilidad de detección de la señal, Los físicos de ATLAS buscaron eventos en los que los bosones vectoriales se habían descompuesto en leptones, y aplicaron técnicas multivariadas para aprovechar las diferencias sutiles entre los eventos de señal y de fondo.

ATLAS observó con éxito la producción electrodébil de dos chorros en asociación con W ^± W ^± y W ^± Z en 2018, usando 36 fb ^-1 de 13 TeV de datos de colisión protón-protón. Estos resultados se lograron gracias a la gran cantidad de datos proporcionados por el LHC, una metodología de búsqueda cuidadosamente optimizada, y la excelente calibración del detector ATLAS para garantizar una medición precisa de leptones y chorros. En estas mediciones no se observó una desviación significativa de las predicciones del modelo estándar.

Luego, los físicos se propusieron observar la producción electrodébil de dos chorros en asociación con ZZ, el más raro de los tres procesos. La colaboración de CMS buscó este proceso utilizando 36 fb ^-1 de datos, pero aún no ha encontrado pruebas claras.

En la Conferencia de la Sociedad Europea de Física sobre Física de Altas Energías (EPS-HEP) en Gante, Bélgica, ATLAS presentó una nueva búsqueda para este proceso utilizando el conjunto de datos completo Run 2 (139 fb ^-1 ). El resultado combina dos canales diferentes que se originan a partir de las desintegraciones del par de bosones Z:cuatro leptones cargados y dos leptones cargados más dos neutrinos, respectivamente. Los discriminantes multivariantes en forma de árboles de decisión potenciados (BDT) están entrenados para mejorar la separación entre la señal y el fondo. Las distribuciones de BDT observadas en ambos canales se examinan junto con un método estadístico para determinar la abundancia de la señal.

El nuevo resultado de ATLAS proporciona la observación de la producción electrodébil de dos chorros en asociación con ZZ, con una significación estadística de 5,5 desviaciones estándar. Es compatible con la expectativa del Modelo Estándar de 4.3 desviaciones estándar.

La observación de este proceso marca otro hito en el estudio de EWSB. El escrutinio adicional de EWSB continuará en otros canales, así como con los conjuntos de datos futuros en el LHC.