Βαρυτόνιο
Ένα υποθετικό σωματίδιο, το βαρυτόνιο (G), αναμένεται ότι είναι ο φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης, με τρόπο παρόμοιο που οι ηλεκτρομαγνητικές, οι ασθενείς και οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις εκφράζονται μέσω της ανταλλαγής μποζονίων βαθμίδας: το φωτόνιο, τα W και Z ασθενή μποζόνια, και τα γκλουόνια αντίστοιχα.
Ορισμένα νέα σενάρια σωματιδιακής φυσικής πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο, βασισμένα στην υπόθεση των επιπλέον διαστάσεων , προβλέπουν την ύπαρξη βαρυτικών διεγέρσεων. Σε περίπτωση που υπάρχουν τέτοιοι συντονισμοί με μεγάλη μάζα αναμένεται να παραχθούν στον LHC και να παρατηρηθούν μέσω της αναλλοίωτης μάζας των προϊόντων της διάσπασης τους. Δεδομένου ότι το βαρυτόνιο συζεύγνυται με την ενέργεια και την ορμή (κι όχι μόνο με τη μάζα όπως η θεωρία του Νεύτωνα υποστηρίζει!) η διεγερμένη κατάσταση του βαρυτονίου θα μπορούσε να διασπαστεί σε ζεύγη λεπτονίων, κουάρκ και μποζονίων, συμπεριλαμβανομένων και των ζευγών φωτονίων και γκλουονίων, παρόλο που τα φωτόνια και τα γκλουόνια είναι άμαζα.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχουν οι διασπάσεις του βαρυτονίου σε τελικές καταστάσεις με δύο λεπτόνια ή δύο φωτόνια ή 4 λεπτόνια (μέσω δύο Ζ), τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του μποζονίου Ζ, την ανακάλυψη του μποζονίου Χιγκς, και την αναζήτηση του υποθετικού Z΄ μποζονίου βαθμίδας.
Υπενθυμίζουμε ότι ο προσδιορισμός των Ζ και Ζ΄ μποζονίων είναι παρόμοιος, παρόλο που έχουν διαφορετικές μάζες: και τα δύο διασπώνται σε δύο λεπτόνια αλλά κανένα σε δύο φωτόνια. Το μποζόνιο Χιγκς διασπάται σε δύο φωτόνια και σε ΖΖ (4 λεπτόνια) κι επίσης έχει παρατηρηθεί η διάσπασή του σε ζεύγη βαρέων λεπτονίων (ταυ). Όμως η διάσπαση του Χιγκς σε δύο ηλεκτρόνια και δύο μιόνια είναι εξαιρετικά περιορισμένη διότι αυτά τα λεπτόνια είναι πολύ ελαφριά και άρα πολύ αδύναμα συζευγμένα με το Χιγκς, σε αντίθεση με ότι συμβαίνει στη διάσπαση του βαρυτονίου!
Ο υπολογισμός της αναλλοίωτης μάζας μας λέει είτε ότι ανιχνεύσαμε γνωστά σωματίδια ή κάποιο άγνωστο νέο σωματίδιο -μια ανακάλυψη. Αλλά, πώς μπορώ να ξέρω τι έχω ανακαλύψει;
Για την τελική ταυτοποίηση βασιζόμαστε σε μια επιπλέον βασική ιδιότητα των στοιχειωδών σωματιδίων, πέραν του φορτίου και της μάζας, που ίσως έχετε ακουστά, της ιδιοστροφορμής (σπιν) .
Το φωτόνιο, το Ζ και το Ζ΄ έχουν ιδιοστροφορμή 1, το Χιγκς έχει ιδιοστροφορμή 0 και το βαρυτόνιο έχει ιδιοστροφορμή 2. Έαν σας προβληματίζει το γατί το βαρυτόνιο έχει ιδιοστροφορμή 2 και το φωτόνιο ιδιοστροφορμή 1, σκεφτείτε τη βασική διαφορά μεταξύ των δύο δυνάμεων. Η βαρύτητα, σε αντίθεση με τον ηλεκτρομαγνητισμό, συζευγνύεται με την ορμή και την ενέργεια (που περιγράφονται από ένα τανυστή), και γι' αυτό είναι μόνο ελκτική.
Η ιδιοστροφορμή (σπιν), όπως και άλλες ιδιότητες των στοιχειωδών σωματιδίων, περιγράφονται από την Κβαντική Μηχανική. Οι διασπάσεις των σωματιδίων ακολουθούν ορισμένους νόμους διατήρησης, όπως η διατήρηση του ηλεκτρικού φορτίου, της ενέργειας και της ορμής. Επιπρόσθετα, η διατήρηση της τροχιακής στροφορμής και ιδιοστροφορμής επιβάλλει περιορισμούς στις επιτρεπόμενες διασπάσεις των σωματιδίων. Το μποζόνιο Χιγκς μπορεί να διασπαστεί σε δύο ιδιοστροφορμής-1 ή δύο ιδιοστροφορμής-1/2 σωματίδια (θυμηθείτε ότι η διάσπαση του Χιγκς σε ζεύγη ηλεκτρονίων ή μιονίων δεν παρατηρείται διότι οι μάζες αυτών των λεπτονίων είναι πολύ μικρές). Τα Ζ και Ζ΄ μποζόνια μπορούν να διασπαστούν σε δύο ιδιοστροφορμής-1/2 , αλλά όχι σε δύο ιδιοστροφορμής-1 σωματίδια. Το βαρυτόνιο μπορεί να διασπαστεί σε δύο ιδιοστροφορμής-1/2 ή δύο ιδιοστροφορμής-1 σωματίδια