¿Cómo se teorizan y se prueba que existen nuevas partículas?

Actualmente hay 17 partículas conocidas en el Modelo Estándar. ¿Cómo se teorizaron todas estas partículas? ¿Qué experimentos usaron los físicos para probar la existencia de estas partículas? ¿Qué tipo de configuraciones utilizan los físicos para identificar nuevas partículas?

Tras el espectacular éxito de la electrodinámica cuántica en la década de 1950, se intentaron formular una teoría similar de la fuerza nuclear débil. Esto culminó alrededor de 1968 con una teoría unificada del electromagnetismo y las interacciones débiles de Sheldon Glashow, Steven Weinberg y Abdus Salam, por la que compartieron el Premio Nobel de Física de 1979.[7] Su teoría electrodébil postuló no solo los bosones W necesarios para explicar la desintegración beta, sino también un nuevo bosón Z que nunca se había observado.

El hecho de que los bosones W y Z tengan masa mientras que los fotones no tienen masa fue un obstáculo importante en el desarrollo de la teoría electrodébil. Estas partículas se describen con precisión mediante una teoría de calibre SU(2), pero los bosones en una teoría de calibre deben carecer de masa. Como ejemplo, el fotón no tiene masa porque el electromagnetismo se describe mediante una teoría de calibre U(1). Se requiere algún mecanismo para romper la simetría SU(2), dando masa a W y Z en el proceso. Una explicación, el mecanismo de Higgs, fue presentada por los documentos de ruptura de simetría PRL de 1964. Predice la existencia de otra nueva partícula; el bosón de Higgs. De los cuatro componentes de un bosón de Goldstone creado por el campo de Higgs, tres son "comidos" por los bosones W+, Z0 y W− para formar sus componentes longitudinales y el resto aparece como el bosón de Higgs de espín 0.

La combinación de la teoría de calibre SU(2) de la interacción débil, la interacción electromagnética y el mecanismo de Higgs se conoce como el modelo Glashow-Weinberg-Salam. En estos días es ampliamente aceptado como uno de los pilares del Modelo Estándar de física de partículas. A partir del 13 de diciembre de 2011, la búsqueda intensiva del bosón de Higgs llevada a cabo en el CERN ha indicado que, si se encuentra la partícula, es probable que se encuentre alrededor de 125 GeV. El 4 de julio de 2012, las colaboraciones experimentales CMS y ATLAS en el CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula con una masa de 125,3 ± 0,6 GeV que parece ser consistente con un bosón de Higgs.

Al igual que el pasaje anterior, los artículos en la web no mencionan las matemáticas y la física detrás de las partículas, solo brindan una revisión rápida de su historia. Quiero saber las matemáticas detrás de esto, cómo se comportan, por qué se comportan de la forma en que lo hacen.