Gravitão
Prevê-se que uma nova partícula hipotética, o gravitão (G), seja o mediador da gravidade, da mesma forma que as forças electromagnética, fraca, forte, são expressas pela troca de bosões de gauge: o fotão, os bosões W e Z, e os gluões, respetivamente.
Alguns novos cenários em física de partículas para além do Modelo Padrão, baseados em dimensões extra de espaço, prevêem a existência de gravitões. Se existirem, estas partículas poderão ser produzidas no LHC e manifestarem-se na distribuição de massas invariantes dos seus produtos de decaimento. Dado que o gravitão acopla à energia-momento (e não à massa como sugerido pela teoria de Newton), iria decair em pares de leptões, quarks e bosões, incluindo pares de fotões e pares de gluões que não têm massa.
De particular interesse para o caminho do Z são os decaimentos do gravitão em estados finais com 2 leptões, 2 fotões e 4 leptões (ZZ), que são usados para medir o bosão Z, descobrir o bosão de Higgs, e procurar um novo hipotético bosão Z'.
Lembramos que a identificação dos bosões Z e Z' é muito similar, apesar de terem massas tão diferentes; ambos podem decair em dois leptões, e nenhum decai em dois fotões; O bosão de Higgs pode decair em dois fotões e em ZZ (quatro leptões); embora tenha sido observado o seu decaimento em dois leptões pesados (tau + anti-tau), o decaimento em 2 eletrões e em 2 muões é fortemente suprimido porque estes leptões são muito leves e o bosão de Higgs acopla à massa das partículas, ao contrário do gravitão.
Bem, isto está a ficar confuso. A distribuição de massa invariante diz-me que identifiquei partículas conhecidas ou que descobri novas partículas, mas como é que sei o que é que descobri?
É aqui que precisamos de tirar partido, além da carga elétrica e da massa, de uma propriedade fundamental das partículas elementares que talvez tenha ouvido falar - o spin.
O fotão, o bosão Z e o bosão Z' têm spin 1, o bosão de Higgs tem spin 0 e o gravitão tem spin 2. Se o preocupa a diferença de spin entre o gravitão e o fotão, lembre-se que as duas forças têm diferenças mais fundamentais: gravidade, ao contrário do eletromagnetismo, é apenas atrativa.
A teoria do spin é regulada pela Mecânica Quântica (como outras propriedades que ainda não apresentámos). Os decaimentos de partículas obedecem a certas leis de conservação, como a conservação da carga elétrica, da energia e do momento linear. A estas soma-se ainda a conservação do momento angular e do spin, que impõem constrangimentos nos decaimentos permitidos de partículas. O bosão de Higgs pode decair em 2 partículas de spin 1 ou 2 partículas de spin 1/2 (mas note que não se observa os decaimentos do bosão de Higgs em pares de eletrões ou de muões devido à massa destes ser muito baixa), Os bosões Z e Z' podem decair em 2 partículas de spin 1/2, mas não em 2 partículas de spin 1. O gravitão pode decair em 2 partículas de spin 1/2 ou duas partículas de spin 1.