Gravitonet
Man regner med at gravitasjon formidles av en hypotetisk kraftpartikkel, gravitonet (G), på samme måte som de elektromagnetiske, svake og sterke vekselvirkninger formidles av kraftpartikler: henholdsvis fotonet, W- og Z-bosonene og gluonene.
Enkelte teorier utover standardmodellen, basert på ekstra romlige dimensjoner, forutsier graviton-eksitasjoner. Om de skulle finnes, kan man forvente at slike tunge resonanser produseres ved LHC og dukker opp i fordelingene av invariant masse for henfallsproduktene. Siden gravitonet kopler til energi og massefart (ikke til masse, som Newtons teori skulle tilsi!), vil det henfalle til par av leptoner, kvarker og bosoner, inkludert foton-par og gluon-par, til tross for at fotonet og gluonene er masseløse.
Av særlig interesse for oss i Z-sporet er henfall av gravitonet til sluttilstander med di-leptoner, di-fotoner og fire leptoner (ZZ), som vi bruker til å måle Z-bosonet, oppdage Higgs-bosonet, og søke etter det hypotetiske Z'-bosonet.
Vi husker at Z-bosonet og Z'-bosonet identifiseres på samme måte, selv om de har veldig forskjellige masser; begge henfaller til di-leptoner og ingen av dem henfaller til di-fotoner. Higgs-bosonet henfaller til di-fotoner og til ZZ (fire leptoner); selv om henfall til tunge leptoner (tau) er observert, er henfall til di-elektroner og di-myoner veldig usannsynlig fordi disse leptonene har ørsmå masser og Higgs-bosonet kopler til masse, i motsetning til gravitonet!
Vent, dette begynner å bli forvirrende. Fordelinger av invariant masse forteller meg at jeg har identifisert kjente partikler eller oppdaget nye, men hvordan vet jeg hva jeg har oppdaget?
Det er nå vi må benytte oss av, i tillegg til elektrisk ladning og masse, en annen av partiklenes iboende grunnleggende egenskaper, som du kanskje har hørt om - egenspinnet.
Fotonet, Z-bosonet og Z'-bosonet har egenspinn 1 (vi kan også si at de er spinn-1-partikler), Higgs-bosonet har egenspinn 0 og gravitonet har egenspinn 2. Hvis du forundrer deg over hvorfor gravitonet har egenspinn 2 og fotonet egenspinn 1, så tenk på forskjellen mellom de to kreftene. Gravitasjon er, i motsetning til elektromagnetisk kraft, alltid tiltrekkende.
Teorien for egenspinn styres (sammen med andre egenskaper vi ikke har møtt ennå) av kvantemekanikken. Partikkelhenfall oppfyller visse bevaringslover, slik som bevaring av elektrisk ladning, energi og massefart. Bevaring av spinn kommer i tillegg, og legger føringer på hvilke partikkelhenfall som er mulige. Higgs-bosonet kan henfalle til 2 spinn-1- eller to spinn-1/2-partikler (husk at grunnen til at Higgs-henfall til elektron- eller myon-par ikke observeres er at elektron- og myon-massene er ørsmå). Z-bosonet og Z'-bosonet kan henfalle til 2 spinn-1/2-partikler, men ikke til 2 spinn-1-partikler.