Una delle strade più promettenti per fare nuove scoperte è quella di misurare processi noti con precisione crescente e confrontare i risultati con la teoria per trovare possibili discrepanze. La teoria che descrive le collisioni tra protoni all’LHC è il Modello Standard (MS) ed in particolare il suo settore “forte”, la Cromodinamica Quantistica (QCD). La QCD è una teoria complessa, caratterizzata da una fenomenologia ricchissima e in gran parte ancora da capire. Fortunatamente i processi ad alto momento trasferito all’LHC possono essere calcolati perturbativamente nella costante di interazione αs. I fisici teorici negli ultimi decenni sono riusciti a calcolare alcuni processi con grande precisione, tanto che molto spesso il limite alla precisione delle predizioni teoriche è dato dalla conoscenza imperfetta della struttura dei protoni che costituiscono lo stato iniziale delle collisioni e che viene descritta attraverso le funzioni di densità partonica (PDF). Le PDF, al momento, non sono calcolabili dai principi primi, ma devono essere estratte dai dati confrontando le misure di processi noti con i calcoli teorici. La figura qui sotto mostra il confronto tra le sezioni d’urto di alcuni processi SM misurati da ATLAS e le corrispondenti predizioni teoriche. Finora l’accordo è molto buono (purtroppo!).
Uno dei processi calcolabili con maggiore precisione è la produzione di coppie leptone-antileptone (o leptone-antineutrino), nota come processo Drell-Yan (DY). Il diagramma nella figura mostra la produzione di una coppia muone-antimuone all’ordine perturbativo più basso (αs0). Un quark e un antiquark provenienti dai protoni iniziali annichilano per produrre un fotone o un bosone Z virtuali che poi producono la coppia di muoni.
Questo processo può essere usato per testare la validità del MS in diversi modi, sia per misurarne alcuni parametri fondamentali, come l’angolo di mixing elettrodebole o la massa del bosone W, per poi verificarne la consistenza, sia cercando possibili deviazioni causate da nuove interazioni, p.es. quando la massa invariante dei due leptoni è molto alta. In ogni caso la precisione di questi test è limitata dalla conoscenza delle PDF. D’altra parte lo stesso processo DY può essere usato per migliorare la nostra conoscenza delle PDF. Il gruppo di Roma si è occupato e si sta occupando dello studio del processo DY nel regime di bassa massa invariante, o “Low-Mass DY”, che permette di studiare le PDF in una regione poco conosciuta, in cui i quark (o gli antiquark) hanno una frazione molto bassa del momento del protone (dell’ordine di 10-4). Effettuare una misura di precisione nella regione a bassa massa e’ una sfida per lo sperimentatore a causa dei fondi e dei rate elevati. I risultati di una prima misura, basata sui dati del run iniziale di LHC a 7 TeV, sono mostrati qui sotto, confrontati con la predizione basata sulla QCD perturbativa (FEWZ) all’ordine αs2 e sulla parametrizzazione delle PDF MSTW2008.
