NEUTRALINOS. Resusmen

Transcripción

1 NEUTRALINOS Aparicio Méndez María del Rocío y Barradas Guevara José Enrique Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, BUAP, Av. San Claudio y Río Verde, Ciudad Universitaria, C. P Col. San Manuel, Puebla, Puebla, México est107@fcfm.buap.mx Resusmen El ser humano desde tiempos remotos ha buscado comprender la composición del Universo, para ello tiende ha reducir la información que la naturaleza le brinda a conceptos simples. La física de partículas elementales, responde a preguntas acerca de origen de nuestro universo estudiando las partículas que lo constituyen. Un gran número de científicos argumentan que esta rama de la física es fundamental para el desarrollo integral de todas la ciencias; dado que investiga las capas de la estructura del mundo que nos rodea y los componentes de materia más pequeños que ha considerado la humanidad en la investigación científica. Alrededor del año 1930 se lleva a cabo la construcción de los primeros aceleradores de partículas, con lo cual se inicia un conocimiento más preciso y más profundo de la estructura de la materia. Dentro de la física de partículas encontramos diversas teorías, una de las más importantes es la teoría supersimétrica; y bajo esta teoría se encuentra uno de los modelos más populares, nos referimos al Modelo Mínimo Supersimétrico. En este modelo existen unas partículas las cuales son un fuerte candidato a ser detectadas para la comprobación de modelos supersimétricos, estas partículas son llamadas neutralinos, y son denotadas por 0 χ i (i=1,2,3,4). En este trabajo se presenta una breve descripción de los mismos. El Modelo Estándar (ME) es extraordinariamente exitoso describiendo los fenómenos electrodébiles, pero presenta diversos problemas. Una de las más severas deficiencias del ME es el problema de jerarquía de masa, que es resuelto satisfactoriamente por el concepto de supersimetría (SUSY), rota a escalas de TeV. [1] El candidato SUSY más simple para un modelo realista es aquel donde el espectro de partículas aumenta con los superscompañeros, por cada fermión se tiene un bosón y viceversa, y es donde surgen además estados mezclados como los neutralitos. Los neutralinos son eigenestados de masa fermiónicos compuestos de los compañeros supersimétricos del fotón, del bosón Z y los bosones de Higgs neutros, y son denotados por (i=1,2,3,4). [2] Ellos pueden ser producidos en colisionadores e + e - y de alta luminosidad. Su detección es importante para la comprobación de modelos SUSY. [1], G. Moortgat-Pick, H. Fraas, arxiv: hep-ph/ [2] Sthephen P. Martin, arxiv: hep-ph/ INTRODUCCIÓN Hasta donde se sabe fueron los griegos -Demócrito y Epicuro los primeros que intentaron elaborar una teoría para dar una explicación sobre los elementos más pequeños que existen en la naturaleza. Puede la materia dividirse indefinidamente? Demócrito afirmaba hace más de dos mil años que la materia está formada de átomos, los cuales eran partículas diminutas e indivisibles. Tuvieron que pasar varios siglos para que quedara plenamente establecido que todos los cuerpos materiales estaban formados por átomos. La palabra átomo significa indivisible y se utilizó para designar lo que en

2 aquel entonces parecía ser el constituyente más pequeño de la materia. Tiempo después se logró descubrir que lo se había identificado como un átomo estaba a su vez formado por partículas aún más pequeñas. A estas partículas les llamó partículas elementales. A principios de la década de los setenta del siglo pasado, se introduce en la física de partículas el concepto de supersimetría (SUSY). SUSY proporciona una conexión muy interesante entre todas las partículas elementales conocidas y otras tantas por descubrir, y simplifica las interacciones fundamentales entre ellas; por lo que es una de las teorías más atractivas que intenta profundizar en el conocimiento fundamental de la materia. Adicionalmente diremos que SUSY provee una solución a muchos de los problemas del ME, ya que teorías supersimétricas permiten una conexión natural a escalas de bajas y altas energías. A tan importantes teorías pertenece el Modelo Mínimo Supersimétrico, y en este modelo a su vez se encuentran partículas cuyo interés ha aumentado en los últimos años; nos referimos a los neutralinos. Su importancia radica en que ellos son buenos candidatos para la materia oscura. 2. DEFINICIÓN DE NEUTRALINOS Los neutralinos son estados fermiónicos que se obtienen a través de la mezcla de 0 0 higgsinos y gauginos. Los higgsinos neutros ( H, ) y los gauginos neutros ( B 0 0, W ) u H d combinados forman cuatro eigenestados de masa llamados neutralinos. Ellos son denotados por i 0 χ (donde i = 1, 2, 3, 4), tienen espín ½ y por convención se ordenan de forma ascendente en términos de sus masas 2, m 0 < m 0 < m 0 < m 0 χ 1 χ 2 χ 3 χ 4 ligero una partícula estable, en varios escenarios teóricos y se denota como LSP..Siendo él más 3. PARÁMETROS DE LAS MASAS DE LOS NEUTRALINOS

3 Los componentes γ y Z sólo se acoplan a los selectrones mientras que los higgsinos se aco-plan al Z 0. La composición y las masas de los neutralinos dependen de los tres parámetros de masa SUSY: M (masa del wino), M (masa del bino) y parámetro de mezcla de los Higgs, cuyos valores provienen específicamente del mecanismo de rompimiento de supersimetría, y tan = v 2 /v 1 es la razón de los valores de expectación del vacío de los dos dobletes de Higgs. A fin de reducir el número de parámetros se considera que M = 5/3 M tan 2 w, tal como lo sugieren las teorías de gran unificación. 4. PRODUCCIÓN El estudio de estas partículas, últimamente ha tomado mucha importancia, debido a que se presume que la materia oscura está compuesta de neutralinos. Se puede agregar que los estudios de estas partículas supersimétricas es relevantes, pues su detección en los aceleradores daría una confirmación de la teoría supersimétrica. La probabilidad para encontrarlos en los aceleradores de partículas, como el Large Hadron Collider o el Tevatron, es alta. Producción de partículas supersimétricas vía la creación de pares espartículas antipartículas. Este programa requiere la construcción de un acelerador lineal e + e, que explore una región de energía alrededor de 1 TeV e investigar los modelos teóricos más simples, con un reducido número de parámetros, para poder identificar de las mediciones las suposiciones teóricas. Sin embargo, para su detección se han presentado diversos problemas, por ejemplo el desarrollo de técnicas experimentales y de análisis de datos que sean adecuadas. El problema central es determinar la masa de los neutralinos, que en los escenarios conocidos como suaves SUSY, la masa de las espartículas se encuentra entre GeV. Las partículas supersimétricas decaen no necesariamente en la LSP y todos los neutralinos pueden ser bastante ligeros para masas del gluino relativamente pequeñas.

4 La cadena de decaimientos puede ser compleja con un número de pasos desde el decaimiento inicial al estado final. A lo largo de los decaimientos se pueden producir bosones de norma W s y Z s, charginos, neutralinos y esleptones que pueden producir leptones en sus decaimientos subsecuentes. Así, un número grande de eventos supersimétricos está caracterizado por uno o más leptones asociados con energía perdida, con o sin jets hadrónicos. 5. LOS MODOS DE DECAIMIENTOS Los modos de decaimiento de los neutralinos se pueden clasificar en a) Decaimientos en leptones cargados χ 0 2 χ 0 1 e + e, o e ± ±, ± ; b) Decaimiento en un par de neutrino: χ 0 2 χ 0 1 λ λ, donde λ ± e,, ; c) Decaimiento en un par de quars: χ 0 2 χ 0 1 q q, donde q u, d, s, c, b ; d) Decaimiento en cascada a través de charginos en par de fermiones y neutralino. e) Decaimiento en Higgs ligero (h 0 ) o un Higgs pseudoescalar (A 0 ). f) Decaimiento radiativo que incluye fotones 6. RESULTADOS Hasta ahora se ha hecho una descripción de los neutralinos y de sus principales características. La forma en que sus masas dependen del espacio de parámetros se puede obtener al diagonalizar la matriz de masa de estas partículas y de las cotas experimentales que existen en la actualidad de estos parámetros, se considera que es

5 viable realizar un programa de búsqueda en la próxima generación de aceleradores de partículas, para determinar sí la naturaleza existen estas partículas fundamentales. 7. IMPORTANCIA Se pensaba antes de 1998 que el 96% del universo estaba formado por materia oscura, posteriormente se descubrió una anomalía en los datos recopilados sobre ciertas propiedades de algunas estrellas supernova, lo cual se interpretó como el efecto de una expansión acelerada del universo causada por una forma de energía aún desconocida; denominada energía oscura, lo cual junto con la materia oscura y la materia ordinaria constituyen el cosmos. Las partículas denominadas neutrinos se descartan como componentes principales de la materia oscura debido a que tienen mucha energía y las galaxias no se pudieron haber formado en océano de partículas muy energéticas. Por lo tanto existen unas partículas exóticas los cuales son una variedad de partículas predichas por las teorías de gran unificación, llamadas neutralinos. Los neutralinos poseen una masa perfecta más o menos del orden de 60 a 100 veces la masa del protón, por lo que se consideran como componentes principales de la materia oscura. BIBLIOGRAFÍA 1. G. Moortgat-Pick, H. Fraas, arxiv:hep-ph/ Stephen P. Martín, arxiv:hep-ph/ Yuval Grossman and Howard E. Haber, arxiv:hep-ph/