La collaborazione scientifica ATLAS del CERN ha presentato alla conferenza internazionale di fisica delle alte energie, ICHEP 2020, nuovi risultati che aprono la via a un nuovo modo di usare l’acceleratore LHC come collisore di fotoni di alta energia. L’esperimento ha, infatti, annunciato la prima osservazione della produzione, indotta da fotoni, di una coppia di bosoni W particelle mediatrici della forza debole, una delle quattro forze fondamentali.
Si tratta dell’osservazione di un fenomeno, molto raro, in cui i due fotoni interagiscono tra loro per produrre non altri fotoni, ma due bosoni W, di carica elettrica opposta, tramite l’interazione diretta di quattro mediatori di due forze diverse, quella elettromagnetica e quella nucleare debole. Il risultato ha una significatività molto alta, pari a 8.4 sigma (deviazioni standard), che esclude la possibilità che sia dovuto a una fluttuazione statistica
“La nuova misura, ottenuta con l'importante contributo dei ricercatori dell'INFN, prova ancora una volta la straordinaria capacità dell'esperimento ATLAS di sfruttare tecniche raffinate e di altissima precisione per aprire nuove e uniche finestre di osservazione per la scoperta di possibili segnali di nuova fisica a LHC” sottolinea Stefano Giagu, coordinatore INFN dell’esperimento ATLAS.
Quanto osservato da ATLAS infatti se da una parte conferma una delle principali previsioni della teoria elettrodebole, dall’altra fornisce, tramite lo studio delle collisioni di fotoni, un nuovo modo per testare la struttura di Gauge del Modello Standard e per sondare la nuova fisica, necessaria per una migliore e più profonda comprensione del nostro universo.
L'osservazione della produzione di coppie di bosoni W indotta da fotoni costituisce un ulteriore e fondamentale passo avanti nella nostra comprensione delle interazioni elettro-deboli, dopo la misura nel 2017 del processo di interazione ‘light-by-light’ in cui coppie di fotoni vengono prodotte in interazioni di fotoni. Quest’ultimo fenomeno non è previsto dalle leggi dell’elettromagnetismo classico secondo cui la luce non interagisce con sé stessa, ma rientra nell’ambito della QED, la moderna teoria quantistica dell'elettrodinamica.