Figure 1 :La section efficace différentielle mesurée en fonction de la masse invariante de la paire de photons est comparée aux prédictions de quatre calculs théoriques. La masse invariante est souvent la distribution la plus scrutée lors de la recherche d'une nouvelle physique. Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Les paires de photons à haute énergie du Grand collisionneur de hadrons sont célèbres pour deux choses. D'abord, comme canal de désintégration propre du boson de Higgs. Seconde, pour avoir déclenché de vives discussions au sein de la communauté scientifique fin 2015, lorsqu'un excès modeste au-dessus des prévisions du modèle standard a été observé par les collaborations ATLAS et CMS. Lorsque l'ensemble de données beaucoup plus important de 2016 a été analysé, cependant, aucun excès n'a été observé.
Pourtant, la plupart des paires de photons produites au LHC ne proviennent pas de la désintégration d'un boson de Higgs (ou d'un nouveau, particule inconnue). Au lieu, plus de 99% proviennent d'interactions assez simples entre les constituants protoniques, comme l'annihilation quark-antiquark. Les physiciens d'ATLAS ont déployé des efforts considérables pour améliorer notre compréhension de ces processus du modèle standard.
ATLAS a publié une nouvelle mesure de la section efficace di-photon inclus sur la base de l'ensemble de données de collision proton-proton 2012 enregistré à une énergie du centre de masse de 8 TeV. La précision est multipliée par deux par rapport à la mesure ATLAS précédente (basée sur le plus petit échantillon de données de 2011 enregistré à 7 TeV), de telle sorte que l'incertitude expérimentale totale est maintenant généralement de 5 %.
Selon la théorie des interactions fortes, le taux de production de tels processus du modèle standard est sensible à la fois aux termes perturbatifs d'ordre élevé (interactions de particules plus complexes impliquant des fluctuations quantiques) et à la dynamique des particules de faible énergie supplémentaires émises pendant le processus de diffusion. Les prédictions théoriques ne sont donc actuellement précises qu'au seuil de 10 %. Les calculs basés sur un nombre fixe de termes perturbateurs dans le développement de la série (ordre suivant et suivant ordre dans la force de couplage fort) sous-estiment les données au-delà des incertitudes théoriques projetées.
Dans le nouveau résultat ATLAS, la distorsion du taux de production de paires de photons provenant de l'émission de particules de basse énergie a été sondée très précisément grâce à l'étude de deux nouvelles observables. En modélisant avec précision l'émission supplémentaire, les prédictions sont en accord avec les données dans les régions sensibles.
Ces résultats fournissent des informations cruciales pour les expérimentateurs et les théoriciens sur la dynamique de l'interaction forte au LHC, et devrait conduire à l'amélioration des prédictions du modèle standard des processus diphotoniques.
