Forbedring af vores forståelse af di-fotoner

Højenergifotonpar på Large Hadron Collider er berømt for to ting. Først, som en ren henfaldskanal i Higgs -bosonen. Sekund, for at udløse nogle livlige diskussioner i det videnskabelige samfund i slutningen af ​​2015, når et beskedent overskud over standardmodelforudsigelser blev observeret af ATLAS- og CMS -samarbejderne. Da det meget større 2016 -datasæt blev analyseret, imidlertid, intet overskud blev observeret.

Alligevel stammer de fleste fotonpar produceret ved LHC ikke fra forfaldet af en Higgs -boson (eller en ny, uopdagede partikel). I stedet, mere end 99% er fra ret simple interaktioner mellem protonbestanddelene, såsom udslettelse af kvark-antiquark. ATLAS -fysikere har lagt en stor indsats i at forbedre vores forståelse af disse standardmodelprocesser.

ATLAS har frigivet en ny måling af det inklusive di-foton-tværsnit baseret på hele proton-proton-kollisionsdatasættet fra 2012, der er registreret ved en masse-masseenergi på 8 TeV. Præcisionen øges med en faktor to i forhold til den tidligere ATLAS -måling (baseret på den mindre dataprøve fra 2011 registreret ved 7 TeV), sådan, at den samlede eksperimentelle usikkerhed nu typisk er 5%.

Ifølge teorien om stærke interaktioner, produktionshastigheden af ​​sådanne standardmodelprocesser er følsom over for både højordens perturbative termer (mere komplekse partikelinteraktioner, der involverer kvantesvingninger) og dynamikken i yderligere lavenergipartikler, der udsendes under spredningsprocessen. Teoretiske forudsigelser er således i øjeblikket kun præcise på 10% -niveauet. Beregninger baseret på et fast antal forstyrrende termer i serieudvidelsen (næst-førende rækkefølge og næste-til-næste til ledende orden i den stærke koblingsstyrke) undervurderer dataene ud over de forventede teoretiske usikkerheder.

I det nye ATLAS -resultat, forvrængningen i fotonparproduktionshastigheden, der stammer fra emission af lavenergipartikler, er blevet undersøgt meget præcist takket være undersøgelsen af ​​to nye observerbare. Ved nøjagtigt at modellere den ekstra emission, forudsigelserne viser sig at stemme overens med dataene i de følsomme områder.

Disse resultater giver afgørende information for både eksperimenter og teoretikere om dynamikken i den stærke interaktion ved LHC, og bør føre til forbedrede standardmodelforudsigelser af di-fotonprocesser.