Gravitón
Očakáva sa, že hypotetická častica gravitón (G), je sprostredkovateľom gravitácie, podobne ako sú sprostredkovateľmi kalibračné bozóny: fotóny, W a Z bozóny a gluóny v elektromagnetickej, slabej a silnej sile.
Niektoré nové modely časticovej fyziky za Štandardným modelom, založené na ďalších priestorových rozmeroch, predpovedajú existenciu gravitónových excitácií. Ak existujú, očakáva sa, že budú produkované na LHC a prejavia sa v invariantnej hmotnosti rozpadových produktov. Vzhľadom k tomu, že gravitón sa viaže na energiu a hybnosť (nie na hmotnosť, ako hovorí Newtonova teória), rozpadal by sa na páry leptónov, kvarkov a bozónov, vrátane fotónových a gluónových párov, aj napriek tomu, že fotón a gluón majú nulovú hmotnosť.
Osobitný význam pre Alternatívu Z majú rozpady gravitónu na konečné stavy s dileptónmi, difotónmi a štyrmi leptónmi (ZZ), ktoré boli použité na meranie Z bozónu, objav Higgsovho bozónu a pátranie po hypotetickom kalibračnom bozóne Z'.
Pripomeňme si, že identifikácia Z a Z' bozónov je podobná, aj keď majú veľmi odlišné hmotnosti; obidva sa rozpadávajú na dileptóny a ani jeden sa nerozpadáva na difotóny. Higgsov bozón sa rozpadáva na difotóny a ZZ (štyri leptóny); aj keď bol pozorovaný rozpad na pár ťažkých leptónov (tau), rozpad na dielektróny a dimióny je silno potlačený, lebo tieto leptóny majú maličké hmotnosti a Higgs sa viaže na hmotnosť, na rozdiel od gravitónu!
Počkať, začína to byť mätúce. Invariantná hmotnosť mi hovorí, že som identifikoval známe častice alebo objavil nové, ale ako viem, čo som objavil?
Tu nám pomôže, okrem elektrického náboja a hmotnosti, ďalšia charakteristická vlastnosť častíc, o ktorej ste možno počuli: spin.
Fotón, Z a Z' majú spin 1, Higgs má spin 0 a gravitón má spin 2. Ak vás znepokojuje, že gravitón má spin 2 a fotón spin 1, pomyslite na rozdiel medzi príslušnými silami. Gravitácia, na rozdiel od elektomagnetizmu, je vždy príťažlivá.
Teória spinu je určená (spolu s ďalšími vlastnosťami, s ktorými sme sa ešte nestretli) Kvantovou mechanikou. Rozpady častíc spĺňajú isté zákony zachovania, ako zákon zachovania elektrického náboja, energie a hybnosti. K tomu sa pridáva zachovanie momentu hybnosti a spinu, ktoré ďalej limituje povolené rozpady častíc. Higgsov bozón sa môže rozpadnúť na dve častice so spinom 1 alebo na dve častice so spinom 1/2 (pamätajte, že rozpad Higgsa na elektrónové alebo miónové páry nie je pozorovaný, lebo hmotnosti týchto leptónov sú maličké). Z a Z' bozóny sa môžu rozpadnúť na 2 častice so spinom 1/2, ale nie na 2 častice so spinom 1. Gravitón sa môže rozpadnúť na 2 častice so spinom 1/2 alebo 1.