Vzácný jev pozorovaný experimentem ATLAS ve srážkách vysokoenergetických fotonů na LHC

Měření potvrdilo jednu z hlavních predikcí teorie sjednocující elektromagnetickou a slabou sílu, a to, že nosiče těchto sil spolu přímo interagují. Výsledek otevírá nové možnosti přímého zkoumání těchto elektroslabých procesů a ukazuje nový způsob využití LHC jako srážeče fotonů.

Není to poprvé, kdy byly v CERN na LHC studovány vysokoenergetické srážky fotonů. Například rozptyl světla na světle, kdy spolu interaguje dvojice fotonů tak, že vzniká jiný fotonový pár, patří mezi nejstarší predikce kvantové elektrodynamiky.

První přímý doklad o rozptylu světla světlem byl v experimentu ATLAS ohlášen již v roce 2017. Tento rozptyl byl pozorován v silných elektromagnetických polích obklopujících ionty olova při jejich vysokoenergetických srážkách. V letech 2019 a 2020 byl tento proces experimentem ATLAS dále studován detailním měřením jeho vlastností.
 
Nový výsledek, ohlášený na právě probíhající konferenci, souvisí s dalším vzácným jevem. K pozorované produkci dvou W bosonů s opačným elektrickým nábojem dochází mimo jiné i v důsledku přímé interakce čtyř intermediálních částic. 

Kvazi-reálné fotony z protonových svazků se vzájemně rozptýlí a vytvoří pár W bosonů. První studie tohoto jevu byla v minulosti ohlášena experimenty ATLAS a CMS již v roce 2016 na základě dat získaných na LHC během Run 1, ovšem jednoznačné potvrzení tohoto pozorování vyžadovalo větší datový soubor.
 
Prezentované měření má velmi významnou statistickou signifikanci na úrovni 8,4 násobku standardní odchylky. Možnost, že výsledku bylo dosaženo vlivem náhodné fluktuace pozadí, je tak zanedbatelná.