Al ver que algunas de las partículas creadas en los colisionadores de alta energía viven por tiempos realmente cortos, tanto que a menudo es difícil observarlas directamente, los físicos observan la forma esperada en que se desintegran las partículas. ¿Cómo predecimos que una partícula hipotética se descompondrá de una manera particular sin haber observado que lo hace? Por ejemplo, el bosón de Higgs se detectó por su patrón de descomposición, no por observación directa: algo así como "grazna como un Higgs, camina como un Higgs, por lo tanto, debe ser un Higgs". Por otro lado, primero se observó la desintegración Beta y luego se explicó. ¿Hay alguna forma en que los físicos lo hagan? ¿Cómo podemos estar seguros de que la partícula que se descompuso era la que buscábamos y no otra que se descomponía de manera similar?
Cuando se observó la desintegración beta (como gamma y alfa también) no había teoría, solo datos inesperados excepcionales. La teoría fue construida paso a paso. Primero definiendo la "fuerza" de la interacción para cada observación, para comenzar con el tiempo de vida promedio. Esto aclarado en las tres fuerzas fundamentales .
Al principio, cuando estaba en la escuela de posgrado, las interacciones no eran claras, uno pensaba que la desintegración beta pasaba por la interacción de cuatro Fermi . Antes de que el modelo de quarks se convirtiera en el modelo estándar, existían los polos de Regge para explicar el comportamiento de las interacciones fuertes. (Los usé para interpretar los datos en mi tesis allá por 1970).
Todas estas teorías hicieron predicciones, que tuvieron éxito, pero fue solo con el modelo estándar de física de partículas que se estabilizó un modelo teórico predictivo durante tanto tiempo y con un alcance tan amplio.
¿Cómo podemos estar seguros de que la partícula que se descompuso era la que buscábamos y no otra que se descomponía de manera similar?
Como dice la otra respuesta, si las leyes de conservación de la energía y el espín y el resto de los números cuánticos permiten un decaimiento, habrá una probabilidad calculable de que ocurra el decaimiento.
Cuando se encuentra una nueva resonancia, como el bosón de Higgs en el LHC, uno verifica su ancho, modos de decaimiento, espín, etc., y esto continuará con nuevos datos. Si no hay contradicción entonces se acepta la identificación.
En las teorías GUTS, el protón puede decaer . Se predice que la vida útil será del orden de 10^32 años y existen experimentos que intentan medir las desintegraciones de protones, por el momento estableciendo límites por falta de observaciones.
Las partículas supersimétricas se buscan en el LHC. De momento no se han visto resonancias nuevas, salvo las del Higgs. Si se ve una nueva resonancia, entonces comenzará el juego de lo que es, comprobando los modos de decaimiento, los números cuánticos, etc.
La idea básica general es "si no está prohibido, existe la posibilidad de que suceda". Puede usar QFT (específicamente el modelo estándar) para definir las reglas y calcular las probabilidades de procesos particulares. Cuando se plantea la hipótesis de una partícula, también lo son (algunas de) sus propiedades, incluida la forma en que interactúa.
Tenga en cuenta que estamos tratando con probabilidades y distribuciones. Nunca se puede predecir la descomposición de una partícula específica, al igual que no se puede predecir la tirada de un dado específico. Inversamente, (generalmente) no puede decir que un evento específico con el estado final correcto es la partícula que está buscando. Tienes que construir una distribución de un gran número de eventos y encontrar un exceso consistente con las propiedades de la partícula.