Découvert il y a près de 100 ans par Ernest Rutherford, le proton a été l'une des premières particules à être étudiée en profondeur. Pourtant, il y a encore beaucoup de choses à ce sujet qui restent un mystère. D'où viennent sa masse et son spin ? De quoi est-ce fait? Pour répondre à ces questions, Les physiciens de l'expérience ATLAS utilisent des "jets" de particules émises par le Grand collisionneur de hadrons (LHC) comme une loupe pour examiner la structure interne du proton.

La structure du proton et sa dynamique sont décrites par la théorie des interactions fortes, chromodynamique quantique (QCD). Il décrit le proton (et d'autres hadrons) comme un système de particules élémentaires, dans ce cas les quarks et les gluons. QCD explique comment ces quarks et gluons interagissent et, par conséquent, ce qui ressort des collisions proton-proton à haute énergie au LHC.

L'une des caractéristiques remarquables de la CDQ est que les quarks et les gluons ne peuvent pas être observés sous forme de particules libres. Au lieu, ils se lient toujours pour former des hadrons. QCD prédit également que les « jets » de hadrons produits dans les collisions du LHC s'éloigneront du point d'interaction dans quelques directions distinctes. Ces directions correspondent à celles des quarks et gluons originaux.

La probabilité d'observer un jet avec certaines propriétés cinématiques (appelée « section transversale ») peut être calculée en QCD. Il y a une probabilité plus élevée de produire un jet avec un faible moment transversal que de produire un jet avec un moment transversal élevé.

Le détecteur ATLAS mesure les jets dans une large gamme de moments transversaux, le taux de production variant de plus de 10 ordres de grandeur. Des milliards de jets d'une impulsion transversale de 100 GeV ont été détectés, pourtant, jusqu'à présent, nous n'avons vu que quelques jets de 2 TeV. Un succès remarquable de QCD est qu'il est capable de décrire cette large gamme d'énergies avec une telle précision !

Dans un article récemment publié, Les physiciens d'ATLAS ont compté le nombre de jets d'un moment transversal donné dans les données de 2012. Ceci a ensuite été comparé à plusieurs prédictions théoriques et s'est avéré être en accord. Ces résultats devraient contraindre les paramètres de la structure du proton.