¿Cómo descubren los científicos nuevas partículas?

Con algunas excepciones, las partículas se predicen mucho antes de que se “descubran”. Los físicos teóricos construyen modelos de física de partículas fundamentales que muestran que ciertas partículas deberían existir en función de la simetría del modelo.
Por ejemplo, si una teoría dice que los electrones tienen una antipartícula (el positrón), entonces sería razonable esperar que un protón tenga un antiprotón. Una vez que descubren que ciertas partículas deberían existir pero que aún no se han detectado, estudian las propiedades teóricas de una partícula tan nueva, por ejemplo, su masa, carga, rotación, etc. Una vez que saben eso, pueden predecir cómo dicha partícula se comportaría en una colisión entre partículas, cómo se descompone o cómo se crea, etc.
Esto le da a la partícula una firma especial en una colisión de muchas partículas y permite a los físicos experimentales configurar un colisionador o un experimento de objetivo fijo y escanear los bytes peta de datos que se están produciendo para esa firma. Una vez que tengan un número estadísticamente significativo de sucesos que hayan sido verificados por otros científicos, declararán la partícula descubierta.
Pueden pasar muchas décadas entre el descubrimiento teórico de una partícula y la prueba de que realmente existe. Esto se debe principalmente a que a menudo se necesitan grandes avances en la tecnología del acelerador para poder hacer el experimento. El bosón de Higgs se propuso en los años 60 y se detectó solo en 2012.
Muy a menudo hay tantos datos experimentales que pueden tomar varios años de procesamiento de datos antes de que salga a la luz la evidencia de una nueva partícula.
Por último, los físicos experimentales usan detectores sofisticados para hacer su trabajo y ocasionalmente verán señales inexplicables que pueden indicar una partícula hasta ahora desconocida. Si pueden modificar la teoría para mostrar que de hecho puede haber una nueva partícula, entonces pueden concentrarse en ella y demostrar que es real y no solo una anomalía del detector.