Les forces fondamentales de la nature sont intimement liées aux symétries correspondantes. Par exemple, les propriétés des interactions électromagnétiques (ou force) peuvent être dérivées en exigeant que la théorie qui la décrit reste inchangée (ou invariant ) sous une certaine transformation localisée. Une telle invariance est appelée symétrie, tout comme on se référerait à un objet comme étant symétrique s'il a la même apparence après avoir été tourné ou réfléchi. La symétrie particulière liée aux forces agissant entre les particules est appelée jauge de symétrie .

La résultante bosons de jauge qui portent les forces sont :le photon sans masse pour l'électromagnétisme, les gluons sans masse pour l'interaction forte, et les bosons massifs W et Z pour l'interaction faible. Si la nature a des symétries au-delà de celles que nous connaissons actuellement, nous avons pu observer des particules transportant une force supplémentaire. Le fait que de telles particules n'aient pas été découvertes auparavant indique qu'elles pourraient être très lourdes – trop lourdes pour avoir été produites par les précédents collisionneurs de particules.

Nous avons tendance à considérer ces particules hypothétiques comme des versions encore plus lourdes des bosons W et Z, qui sont parmi les particules fondamentales les plus lourdes connues aujourd'hui, et nous les appelons bosons W' et Z'. Il convient de noter que c'est la masse importante des bosons W et Z qui fait que l'interaction faible semble si faible. Et avec les bosons W' et Z' considérés comme au moins quelques dizaines de fois plus lourds que leurs homologues, ils auraient à arbitrer des interactions absolument faibles. Cela expliquerait pourquoi de telles interactions n'ont pas encore été observées.

Donc, comment l'expérience ATLAS pourrait-elle découvrir les bosons W' et Z', devraient-ils exister ? Exactement de la même manière que les bosons W et Z ont été découverts au CERN il y a plus de 30 ans. Le boson Z' devrait se désintégrer en une paire de leptons chargés (électron-positon ou muon-antimuon), fournissant une signature propre dans l'environnement de collision de 13 TeV par ailleurs encombré. La masse de repos (ou masse invariante) du boson en décomposition est calculé à partir des impulsions leptoniques mesurées. La présence du boson Z' se manifesterait comme une « bosse » dans la distribution de masse invariante par ailleurs tombant doucement. Le boson W' devrait se désintégrer en un lepton chargé et un neutrino, qui est aussi une signature propre, bien que le neutrino ne soit pas détecté et seulement partiellement reconstruit à partir du bilan de quantité de mouvement dans l'événement de collision. Dans ce cas, les masse transversale est calculé comme une estimation de la masse invariante, et le boson W' serait considéré comme une bosse dans la distribution correspondante.

Les distributions de masse invariante et de masse transversale mesurées sont représentées sur les figures 2 et 3, respectivement. Les données correspondent bien aux attentes des processus connus, et aucune bosse statistiquement significative n'est trouvée. Sur la base des contributions attendues des signaux hypothétiques W' et Z', affichés sous forme d'histogrammes ouverts à l'extrémité supérieure des distributions, l'absence d'excès signifie que si les bosons W' ou Z' existent, ils doivent avoir des masses supérieures à environ 4-5 TeV, environ 50 fois la masse du boson Z. Alors que l'expérience ATLAS continue de collecter des données dans les années à venir, il y a encore une chance qu'une nouvelle symétrie de la nature se dévoile, potentiellement fournir des réponses à certaines des questions ouvertes clés en physique fondamentale.