¿Una partícula de espín 2 tendría que ser necesariamente un gravitón?

Leo a menudo que una posible razón para explicar por qué el comité del Nobel está evitando hacer el Nobel de física relacionado con el higgs podría ser, entre otras cosas, el hecho de que el giro de la nueva partícula aún no se ha determinado definitivamente, podría sigue siendo 0 o 2.

Esto me hace preguntarme si finalmente se descubriría que el espín (¡muy, muy sorprendentemente!) es 2, entonces esto necesariamente significaría que la partícula tiene que ser un gravitón. ¿O podría hipotéticamente haber otras partículas de spin-2? Si no, ¿por qué no y si existen otras posibilidades, cuáles serían?

No lo creo, ya que la partícula observada es masiva y el gravitón no tiene masa (a menos que haya algún mecanismo al estilo de Higgs que le dé masa). Si fuera el espín 2, sería mucho más probable que se tratara de un estado ligado de algunas partículas en lugar del gravitón. Pero no creo que puedas construir ningún estado ligado de espín 2 de partículas modelo estándar, como los quarks, con una masa tan baja.
Creo que hay un argumento bastante bueno en Weinberg de que ninguna otra partícula fundamental puede tener spin-2 además del gravitón (no puedo recordarlo atm), pero las partículas compuestas ciertamente pueden tener spin-2, que creo que es lo que es uno posible resultado emocionante si Higgs es spin-2, pero eso está muy lejos...

Respuestas (3)

Hay argumentos teóricos de que una partícula de espín 2 sin masa tiene que ser un gravitón. La idea básica es que las partículas sin masa tienen que acoplarse a corrientes conservadas, y la única disponible es el tensor de tensión-energía, que es la fuente de la gravedad. Ver esta respuesta para más detalles.

Sin embargo, la partícula descubierta en el LHC este año tiene una masa de 125 GeV, por lo que ninguno de estos argumentos se aplica. Sería una gran sorpresa que esta partícula no tuviera espín 0. Pero es teóricamente posible. Uno puede obtener partículas masivas de espín 2 como estados ligados, o en teorías con torres infinitas de partículas de espín más alto.

Por supuesto, podría haber una corriente conservada aún no descubierta en, digamos, el sector de la materia oscura.
Solo si el sector de la materia oscura viola los supuestos del teorema de Coleman-Mandula, lo que sería muy extraño.
¿Spin-2 requiere inherentemente una mezcla de grados de libertad de espacio-tiempo con grados de libertad de partículas? Solo estoy imaginando algún tipo de modelo de materia oscura que tiene una corriente de tensor conservada de materia oscura que no es necesariamente su tensor de energía de tensión. Sería exótico, claro, pero no creo que sea necesariamente imposible.
Leeré la respuesta larga de Ron a la que te vinculaste ahora. ¿Qué quiere decir con teorías con torres de partículas de mayor espín? Solo puedo adivinar aproximadamente cómo podrían funcionar las torres infinitas de masa ... ¿Es el giro algo que también puede "torrearse" además de la masa?
@JerrySchirmer: No es tan fácil construir corrientes tensoriales conservadas en teorías con solo partículas masivas. Ver la respuesta vinculada.
@Dilaton: Sí, puedes tener torres de partículas de mayor espín. La mayoría de las torres conocidas provienen de la teoría de cuerdas, donde el giro y la masa aumentan juntos a lo largo de las trayectorias de Regge.
Diablos, Lenny Susskind ha explicado las trayectorias de Regge y me acabo de olvidar (¡estúpido!), Así que gracias por el recordatorio... :-)
Otros ejemplos son las "teorías de calibre de espín superior" de Vasiliev.
Comentario de un usuario anónimo: el tensor de tensión-energía no es el único tensor que podría acoplarse a una partícula de espín-2, el tensor de campo electromagnético también podría acoplarse y los fotones aún no tienen masa
Al editor anónimo devuelto por Neuneck: La intensidad de campo F se descompone como una suma de ( 1 , 0 ) y ( 0 , 1 ) representaciones. Esto no es lo que la mayoría de la gente quiere decir con giro 2.

Una partícula masiva de espín 2 debe tener cinco modos: helicidad ± 2 , ± 1 , 0. Si una partícula de espín 2 sin masa tiene solo helicidad ± 2 modos sin otros modos y tiene una dispersión ω = C k , entonces tal partícula de espín 2 sin masa debe ser gravitón (al menos en orden lineal).

... esto me recuerda un poco al argumento de por qué el fotón tiene solo dos polarizaciones, ¿es una extensión de esto...?
No. Es al revés. Si una partícula tiene sólo helicidad ± 1 modos sin otros modos y tiene una dispersión ω = C k , entonces tiene que ser un fotón sin masa. Pero una partícula sin masa con ω = C k puede tener helicidad ± 1 , 0 modos. El fonón en el cristal 3D es una partícula sin masa.
@ Xiao-GangWen Eso se debe a que no tiene la invariancia de Poincaré en la materia condensada. En una teoría relativista, las partículas sin masa solo pueden tener helicidad 0 , ± 1 o ± 2 . Si permite que Lorentz se rompa a altas energías, entonces está bien.
Incluso en una teoría relativista, las excitaciones de baja energía pueden ser helicidad 0 , ± 1 , Y ± 2 . Puedes llamarlo por tener tres tipos de partículas. Un cristal tiene helicidad. 0 Y ± 1 excitaciones de baja energía.
@ Xiao-GangWen ¿Hay alguna simetría que conecte esas excitaciones? La razón por la que los fotones tienen dos polarizaciones —en lugar de ser dos partículas independientes— es que los fotones solo participan en interacciones electromagnéticas —que son invariantes bajo transformaciones de paridad— y la paridad conecta la helicidad +1 con la helicidad -1.
@drake fotón sin masa con helicidad ± 1 puede existir incluso sin ninguna simetría en la escala de corte. En nuestro mundo, no hay simetría de paridad y tenemos helicidad. ± 1 fotones
@Xiao-GangWen Las partículas se clasifican según el irred. repr. del grupo ortocrono propio de Poincaré. La helicidad es invariante bajo estas transformaciones (es un pseudo-escalar). La única razón por la que ambas helicidades se consideran la misma partícula —aunque en sentido estricto no lo son— es que los fotones simplemente interactúan mediante interacciones que respetan la paridad y ambas helicidades están relacionadas por una transformación de paridad. Si los fotones también interactuaran a través de interacciones débiles —que son invariantes de paridad—, ± 1 las helicidades serían consideradas partículas diferentes,
(cont.) muy parecido a los neutrinos sin masa : los neutrinos tienen helicidad − 1 / 2 y antineutrinos helicity + 1 / 2 . Esto se debe a que los neutrinos interactúan débilmente y las interacciones débiles no conservan la paridad.
Perdón: donde dice "interacciones débiles —que son invariantes de paridad—", obviamente debería decir "interacciones débiles —que no son invariantes de paridad—"

Depende de su definición de "partícula". En las listas de grupos de datos de partículas existe una serie de resonancias de espín 2. En última instancia, estos serán construidos por quarks.

f_2(1270 MeV) página 9

a_2(1320) página 11

etc.

hay un pi_2 (1670) página 16

Así que el golpe llamado ahora "el Higgs" podría resultar una resonancia más. No el gravitón como se contempla en las posibles teorías de todo, ya que la gravedad es de largo alcance y creo que debería ser sin masa.

Querida Anna, ¿sería posible que una "partícula" compuesta de espín 2 con una masa de 125 GeV se produzca mediante los mismos procesos, se desintegre en los mismos canales y, en general, se comporte de la misma manera (similar a un SM higgs ) se mide hasta ahora en el LHC ? ¿Significaría el giro 2 de la partícula medida que tenemos que buscar algo más que rompa la simetría EW o que todavía podría hacer el trabajo? Lo siento si estoy confundido, tal vez debería callarme y leer el enlace que me diste :-)
@Dilaton Para identificarlo como un Higgs, tendrían que clavar el giro en cero, medir las proporciones de ramificación y encontrarlas consistentes con los valores predichos por el SM. Si el giro resulta ser 2, tendremos que buscar el Higgs en otra parte. Un spin 2 no puede hacer el trabajo del Higgs. Entonces el juego está abierto. Sin duda, seguirá siendo muy interesante ver cómo los fenomenólogos se ocupan de un golpe de espín 2 a 125 GeV. Personalmente, creo que resultará ser el Higgs, pero tenemos que esperar a que las estadísticas lo digan de manera inequívoca.
¿Una partícula de espín 2 tendría que ser necesariamente un gravitón?
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