Figure 1 :Distribution de (a) la centralité du système boson Z-photon (Zγ) et (b) l'énergie transverse du photon. Ces études montrent les données collectées par ATLAS en 2012 (points noirs) par rapport aux prévisions du modèle standard (histogrammes colorés). Le signal recherché est affiché sous forme d'histogramme rouge foncé et l'arrière-plan principal est affiché sous forme de bleu clair. Un signe de nouvelle physique pourrait apparaître comme une amélioration à grande vitesse, comme le montre la ligne pointillée bleue en (b). Crédit :Collaboration ATLAS/CERN
Depuis que le LHC est entré en collision avec ses premiers protons en 2009, la collaboration ATLAS étudie constamment leurs interactions avec une précision croissante. À ce jour, il les a toujours observés comme prévu par le modèle standard. Bien qu'il ne soit pas réfuté, les physiciens sont convaincus qu'une meilleure théorie doit exister pour expliquer certaines questions fondamentales :quelle est la nature de la matière noire ? Pourquoi la force gravitationnelle est-elle si faible par rapport aux autres forces ?
Des réponses peuvent être trouvées en examinant un processus très rare qui n'avait jamais été étudié par ATLAS :l'interaction de quatre bosons, dont la signature est la présence d'un boson Z, un photon et deux jets à haute énergie. C'est une excellente sonde du secteur électrofaible du Modèle Standard et très sensible aux nouveaux modèles physiques. Cependant, ce processus est très difficile à détecter, étant donné sa rareté et le grand nombre de processus différents pouvant mimer sa signature (appelée « background »). Le fond principal provient de la production d'un boson Z et d'un photon accompagné de deux jets, lequel, contrairement au processus électrofaible qui nous intéresse, est produit par des interactions fortes.
Cela conduit à des différences dans la cinématique des jets observés, qui sont décrits dans un article récemment soumis au Journal de physique des hautes énergies , où ATLAS présente une recherche de tels événements en utilisant des données de 8 TeV. Utilisant la connaissance que les quarks reculants produiront des jets qui ont une masse invariante très grande et sont largement séparés dans le détecteur, ATLAS a pu réduire le bruit de fond et atténuer les grandes incertitudes expérimentales afin d'extraire le signal.
Le bruit de fond est supprimé en sélectionnant des événements où les deux jets ont une masse invariante supérieure à 500 GeV. Le signal et le fond principal sont ensuite séparés en quantifiant la centralité du système de photons Z par rapport aux deux jets. Les événements à faible centralité sont plus susceptibles d'être produits via le processus de signal électrofaible, tandis que ceux à forte centralité sont plus susceptibles de provenir d'interactions fortes. Ceci est illustré à la figure 1(a), où un petit excès d'événements au-dessus du bruit de fond prédit est observé, avec une signification statistique de 2σ.
La centralité est utilisée pour mesurer le taux d'événement (section efficace) du signal seul, et de la somme du signal et du fond majeur. Les deux se sont avérés être en accord avec les prédictions du modèle standard dans la grande incertitude statistique. Des anomalies sur le couplage de quatre bosons ont également été recherchées, en regardant les queues du spectre d'énergie transverse des photons qui peuvent être améliorés par de nouvelles contributions de la physique (ligne pointillée bleue sur la figure 1(b)). Aucun écart par rapport au modèle standard n'a été observé et des limites strictes sont fixées quant à la présence d'une nouvelle physique dans cette région.
Le modèle standard continuera à garder ses secrets… jusqu'à la prochaine série de résultats.
