Видя, что некоторые из частиц, созданных на высокоэнергетических коллайдерах, живут очень короткое время, настолько долго, что часто их трудно наблюдать напрямую, физики смотрят на ожидаемый путь распада частиц. Как мы можем предсказать, что гипотетическая частица будет распадаться определенным образом, не наблюдая этого заранее? Например, бозон Хиггса был обнаружен по характеру его распада, а не путем прямого наблюдения: что-то вроде «он крякает, как бозон Хиггса, он ходит, как бозон Хиггса, значит, это должен быть бозон Хиггса». С другой стороны, бета-распад сначала наблюдался, а затем объяснялся. Есть ли у физиков способ сделать это? Как мы можем быть уверены, что распалась именно та частица, которую мы искали, а не какая-то другая, распадающаяся подобным образом?
Когда наблюдался бета-распад (как и гамма и альфа), не было никакой теории, только исключительные неожиданные данные. Теория создавалась шаг за шагом. Сначала определяем «силу» взаимодействия для каждого наблюдения, чтобы начать со средней продолжительности жизни. Это разъясняется в трех фундаментальных силах .
В начале, когда я учился в аспирантуре, взаимодействия были неясны, думали, что бета-распад происходит через четырехфермиевское взаимодействие . До того, как кварковая модель превратилась в стандартную модель , для объяснения поведения сильных взаимодействий использовались полюса Редже . (Я использовал их для интерпретации данных в своей диссертации еще в 1970-х годах).
Все эти теории делали предсказания, которые были успешными, но только со стандартной моделью физики элементарных частиц предсказательная теоретическая модель стабилизировалась так долго и с таким широким размахом.
Как мы можем быть уверены, что распалась именно та частица, которую мы искали, а не какая-то другая, распадающаяся подобным образом?
Как говорится в другом ответе, если законы сохранения энергии, спина и остальных квантовых чисел допускают распад, вероятность того, что распад произойдет, будет вычислимой.
При обнаружении нового резонанса, такого как бозон Хиггса на БАК, проверяют его ширину, моды распада, спин и т. д., и это будет продолжаться с новыми данными. Если нет противоречия, то идентификация принимается.
В теориях GUTS протон может распасться . Прогнозируется, что время жизни будет порядка 10 ^ 32 лет, и существуют эксперименты, пытающиеся измерить распады протонов, в настоящее время устанавливающие ограничения из-за отсутствия наблюдений.
На БАК ищут суперсимметричные частицы. На данный момент никаких новых, кроме хиггсовских, резонансов замечено не было. Если будет виден новый резонанс, то начнется игра с тем, что это такое, проверка режимов распада, квантовых чисел и т. д.
Общая основная идея такова: «если это не запрещено, то есть шанс, что это произойдет». Вы можете использовать QFT (в частности, Стандартную модель) для определения правил и расчета вероятностей конкретных процессов. Когда частица выдвигается гипотезой, то же самое можно сказать и о (некоторых) ее свойствах, в том числе о том, как она взаимодействует.
Имейте в виду, что мы имеем дело с вероятностями и распределениями. Вы никогда не сможете предсказать распад какой-то одной конкретной частицы, точно так же, как вы не можете предсказать бросок конкретной кости. И наоборот, вы (обычно) не можете сказать, что конкретное событие с правильным конечным состоянием и есть та частица, которую вы ищете. Вам предстоит построить распределение большого количества событий и найти избыток, соответствующий свойствам частицы.