Fotón Oscuro (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Fotón Oscuro

El fotón oscuro (o dark photon en inglés) es una partícula subatómica hipotética que aparece en teorías que extienden el Modelo Estándar para explicar fenómenos como la materia oscura y otras interacciones invisibles.

Sería análoga al fotón ordinario, pero que interactúa con una fuerza oscura que no afecta a las partículas conocidas del Modelo Estándar (o lo hace solo muy débilmente).

Así como el fotón es el portador de la fuerza electromagnética, el fotón oscuro sería el portador de una "fuerza oscura" que podría actuar sobre la materia oscura.

Características del Fotón Oscuro :

En la mayoría de los modelos:

• Tiene espín 1, como el fotón ordinario.
• Es neutro (sin carga eléctrica).
• Tiene una masa pequeña (puede ser incluso nula, según el modelo).
• Interactúa muy débilmente con la materia ordinaria, a través de un mecanismo llamado Mezcla Cinética.

Mezcla cinética

Es un proceso cuántico en el cual el fotón oscuro puede acoplarse débilmente al fotón ordinario, permitiendo que interactúe muy débilmente con partículas cargadas del Modelo Estándar.

Es decir:

Aunque el fotón oscuro no tiene carga eléctrica, puede "mezclarse" con el fotón normal, lo que permitiría que se detecte indirectamente.

 

Teorías que lo predicen:

El fotón oscuro aparece en varios marcos teóricos:

• Modelos de materia oscura: como mediador de una interacción oscura entre partículas de materia oscura.
• Extensiones gauge del Modelo Estándar: como un bosón gauge asociado a un grupo U(1)' adicional.
• Supersimetría y teorías de cuerdas: muchas versiones predicen sectores ocultos con partículas como el fotón oscuro.

Propiedades típicas del Fotón Oscuro:

Posibles formas para detectarlo:

• Colisionadores de partículas

Como LHC, Belle II, NA64 o LDMX, buscando eventos con energía faltante o producción de leptones inesperada.

• Experimentos de dispersión y rayos cósmicos

Buscan señales de interacción débil con electrones o protones.

• Detectores de materia oscura directa

Algunos modelos permiten que el fotón oscuro actúe como puente entre materia oscura y materia ordinaria.

• Experimentos con cavidades resonantes o láseres

Utilizados para buscar fotones oscuros de baja masa, similares a búsquedas de axiones.

Importancia de detectar el Fotón Oscura:

Si se descubre el fotón oscuro, implicaría:

• La existencia de fuerzas desconocidas en el universo.
• La presencia de un sector oscuro con estructura más compleja que una sola partícula de materia oscura.
• Nuevas formas de interacción entre materia oscura y materia visible.
• Una extensión natural del Modelo Estándar, similar a cómo el fotón emerge del electromagnetismo.

El fotón oscuro es una partícula hipotética similar al fotón, pero que interactúa con una fuerza oscura posiblemente responsable de la interacción entre partículas de materia oscura. Su interacción con la materia ordinaria sería extremadamente débil, pero detectable mediante mecanismos como la mezcla cinética. Es una pieza central en muchos modelos modernos que intentan explicar el 95% del universo que aún desconocemos.

Fermión de Majorana (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Fermión de Majorana

El fermión de Majorana es una de las ideas más profundas y elegantes en física teórica de partículas y física cuántica. Aunque su existencia no ha sido confirmada experimentalmente en partículas fundamentales, juega un rol crucial en varios campos, desde la física de neutrinos hasta la información cuántica.

Un fermión de Majorana es una partícula subatómica que es su propia antipartícula.

Fue propuesto en 1937 por el físico italiano Ettore Majorana como una alternativa a los fermiones de Dirac (como el electrón), que sí tienen una antipartícula distinta.

Observaciones:

En general un fermión de Dirac (como el electrón) tiene una antipartícula distinta (el positrón). Mientras que un fermión de Majorana es indistinguible de su antipartícula. Esto solo es posible para partículas neutras, ya que tener carga implicaría que la antipartícula tiene la carga opuesta.

La principal candidata a Fermión de Majorana es el neutrino. Si los neutrinos son de Majorana, entonces ellos y los antineutrinos serían la misma partícula.

Esto tendría implicaciones profundas para la violación del número leptónico, la asimetría materia-antimateria y el origen de la masa de los neutrinos.

Posible detección:

El experimento clave sería observar el decaimiento doble beta sin neutrinos

Este proceso solo puede ocurrir si el neutrino es una partícula de Majorana. Hasta hoy no se ha observado, pero hay experimentos en curso como GERDA, CUORE o KamLAND-Zen.

Propiedades del Fermión de Majorana:

Importancia de los Fermiones de Majorana:

• Explicación del origen de la masa de los neutrinos

El mecanismo de Seesaw predice que los neutrinos son de Majorana.

• Violación del número leptónico

Si existen, permiten procesos que cambian el número de leptones, lo que podría explicar por qué hay más materia que antimateria.

• Materia oscura

Algunos modelos de materia oscura contienen partículas de Majorana como candidatos.

• Computación cuántica topológica

En física del estado sólido, cuasipartículas tipo Majorana (en materiales especiales) se están investigando como qubits robustos frente a decoherencia.

Majorón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Majorón

El majorón es una partícula subatómica hipotética, propuesta en ciertos modelos de física más allá del Modelo Estándar para explicar una posible propiedad de los neutrinos: que implicaría que puedan ser sus propias antipartículas.

En términos más técnicos el majorón es un bosón pseudoescalar neutro (sin carga eléctrica) que surge cuando se rompe espontáneamente una simetría global relacionada con el número leptónico en modelos donde los neutrinos son partículas de Majorana.

Es decir, aparece como una partícula asociada a la ruptura de simetría cuando los neutrinos tienen masa y son iguales a sus antipartículas.

Hay dos formas en que un neutrino puede tener masa:

• Como partícula de Dirac, con neutrino y antineutrino distintos (como el electrón).
• Como partícula de Majorana, en la cual el neutrino y su antipartícula son idénticos.

Si los neutrinos son de tipo Majorana, debe romperse el número leptónico, y esta ruptura puede generar un bosón llamado majorón, por analogía con los mesones pion en QCD.

Teorías que lo predicen:

• Modelo de Gelmini–Roncadelli (1981)

Introduce una nueva simetría global U(1)L asociada al número leptónico, y el majorón es el bosón de Nambu–Goldstone asociado a su ruptura espontánea.

• Modelos de Seesaw con simetría global rota

En estos modelos, el majorón también puede tener un pequeño acoplamiento con otras partículas.

• Extensiones supersimétricas y de cuerdas

Algunas predicen variantes del majorón que incluso podrían tener masa pequeña y ser candidatas a materia oscura.

Propiedades del Majorón:

Implicaciones de su posible existencia:

• Prueba indirecta de neutrinos de Majorana

Si se detectara el decaimiento doble beta sin neutrinos con emisión de un majorón, eso indicaría que los neutrinos son su propia antipartícula.

• Candidato a materia oscura

En ciertas versiones con majorones masivos y estables, se considera que podrían explicar parte de la materia oscura del universo.

• Fenómenos en el universo temprano

Su existencia podría influir en procesos de asimetría materia-antimateria (leptogénesis) o en la evolución térmica del cosmos.

 

Monopolo Magnético (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Monopolo Magnético

Un monopolo magnético es una partícula subatómica hipotética que poseería una sola carga magnética, o bien un "polo norte" aislado, o un "polo sur" aislado. En contraste, con todos los imanes conocidos en la naturaleza que siempre tienen un polo norte y un polo sur. Si se parte un imán, se obtienen dos imanes más pequeños, cada uno con ambos polos.

Teorías que lo predicen:

Los monopolos magnéticos no aparecen en el electromagnetismo clásico, pero varias teorías modernas los predicen:

1. Teoría cuántica de campos (Dirac, 1931)

Paul Dirac mostró que si existiera un solo monopolo magnético en el universo, entonces la carga eléctrica estaría cuantizada. Es decir: la razón por la que los electrones tienen una carga específica podría explicarse si los monopolos existieran.

2. Teorías de gran unificación (GUTs)

Modelos como SU(5) o SO(10) predicen naturalmente monopolos magnéticos cuando la simetría unificada se rompe en fases tempranas del universo. Estos serían muy masivos (más de 10^16 GeV), por lo tanto imposibles de crear en colisionadores actuales.

3. Teorías de cuerdas y gravedad cuántica

Algunas versiones de teoría de cuerdas y modelos con dimensiones extra también permiten estados tipo monopolo.

Propiedades del Monopolo:

Implicaciones de su posible existencia:

• Simetría en el electromagnetismo: actualmente las ecuaciones de Maxwell tratan de forma desigual la electricidad y el magnetismo. Con monopolos, las ecuaciones se vuelven completamente simétricas.
• Cuantización de la carga: La existencia de monopolos implicaría que todas las cargas eléctricas están cuantizadas (como predijo Dirac).
• Explicación del origen de los campos magnéticos cósmicos: Algunos modelos sugieren que los monopolos primordiales podrían haber influido en la formación de galaxias.
• Física más allá del Modelo Estándar: Su existencia implicaría que el Modelo Estándar está incompleto, y respaldaría teorías como GUTs o cuerdas.

Leptoquark (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Leptoquark

Un leptoquark es una partícula subatómica hipotética que puede interactuar tanto con quarks como con leptones, a diferencia de cualquier partícula del Modelo Estándar. Es decir, un leptoquark podría convertir un quark en un leptón y viceversa.

Los quarks interactúan entre sí mediante la fuerza fuerte, los leptones (como electrones y neutrinos) no tienen interacción fuerte. Las dos familias no se mezclan directamente. pero los leptoquarks romperían esa separación, tendrían cargas que les permitirían acoplarse a ambas familias.

Propiedades del Leptoquark :

Teóricas en donde se encuentra contenido el Leptoquark :

• Teorías de Gran Unificación (GUTs).

Estas teorías tratan de unificar las tres fuerzas (electromagnética, débil y fuerte) en una sola.

Los leptoquarks aparecen como portadores de la interacción entre leptones y quarks.

• Modelos de tecnicolor, extra dimensiones :

A veces los leptoquarks surgen como partículas compuestas o estados excitados de otras teorías más allá del modelo estándar.

En un experimento se esperaría que se produzcan en colisionadores de alta energía (como el LHC).

Un leptoquark podría decaer en:

• Un quark + un electrón
• Un quark + un neutrino
• Un quark + un muón
• etc.

Los experimentos buscan eventos con leptones y jets (chorros de quarks) que podrían ser productos del decaimiento de un leptoquark.

En los últimos años, se han detectado anomalías en decaimientos de mesones B que podrían explicarse con leptoquarks (violaciones de la universalidad leptónica).

Gravitón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Gravitón

El gravitón es una hipotética partícula subatómica que sería el portador del cuanto del campo gravitacional, es decir, la partícula mediadora de la gravedad cuántica.

Así como el fotón media la fuerza electromagnética, el gluón media la fuerza fuerte, o los bosones W y Z median la fuerza débil, el gravitón sería quien media la gravedad a nivel cuántico.

El gravitón es el ingrediente clave en un intento de unificar la relatividad general (que describe la gravedad a gran escala) con la mecánica cuántica (que describe las partículas subatómicas).

Sin el gravitón (o alguna otra forma de gravedad cuántica), no se puede obtener una teoría completa del universo que funcione tanto a escalas muy grandes como a escalas muy pequeñas.

Propiedades teóricas del Gravitón :

Teóricas en donde se encuentra contenido el Gravitón :

• Teoría cuántica de campos (QFT) linealizada

Si tomamos la relatividad general y la tratamos como una teoría de campo cuántico, el gravitón aparece como una excitación cuántica del campo métrico.

Pero esta teoría es no renormalizable, por lo que no se puede usar a altas energías sin problemas.

• Teoría de cuerdas

En la teoría de cuerdas, el gravitón aparece de forma natural como una vibración cerrada sin masa de la cuerda.

Es una de las pocas teorías en donde la gravedad cuántica es consistente matemáticamente.

• Modelos con dimensiones extra (como Randall-Sundrum)

En estos modelos, los gravitones pueden tener modos excitados (llamados Kaluza-Klein gravitons) con masa, lo que permitiría buscarlos en colisionadores como el LHC. A estos gravitones se les conoce como Gravitones-RS por Randall-Sundrum.

Aspectos importantes del Gravitón:

Los gravitones hipotéticamente si pueden detectarse, pero en la práctica es extremadamente difícil.

El gravitón interaccionaría tan débilmente con la materia que atravesaría la Tierra sin dejar rastro, como hacen los neutrinos, pero mucho más extremo.

Para detectarlo se necesitaría un detector el tamaño de un planeta, lo cual es imposible con la tecnología actual.

Las Ondas Gravitacionales (como las detectadas por LIGO en 2015) son efectos clásicos de muchos gravitones, pero no prueban directamente su existencia individual.

Dilatón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Dilatón

El dilatón es una partícula subatómica hipotética que aparece en varias teorías avanzadas de física teórica, como la teoría de cuerdas, la teoría de Kaluza-Klein y ciertos modelos de gravedad cuántica. 

El dilatón es un campo escalar y posee una hipotética partícula asociada que está vinculado a la escala o tamaño del universo (de ahí su nombre, del latín dilatare, “expandir”). A menudo controla la intensidad de las interacciones fundamentales (como la constante de acoplamiento de la fuerza fuerte o la gravedad).

En muchas teorías, aparece naturalmente al intentar unificar la gravedad con otras fuerzas fundamentales.

En términos simples:

• El dilatón es una partícula escalar que modula (ajusta) las constantes físicas que controlan las interacciones en el universo.

Fundamentos sobre la posible existencia del Dilatón

En teoría de cuerdas:

• El dilatón es una parte inevitable del espectro de vibraciones de las cuerdas. Está ligado al acoplamiento de cuerda, que determina la fuerza de las interacciones. Su valor esperado (VEV) afecta la intensidad de todas las interacciones.

En teorías de Kaluza-Klein:

• Al compactificar dimensiones extra, surge un campo escalar natural: el dilatón. Este campo describe cómo cambian las dimensiones extras con el tiempo o el espacio.

En teorías conformes o escalares:

• El dilatón puede emerger como el modo de oro de ruptura espontánea de simetría de escala. Es decir, aparece cuando una teoría que podría ser invariante bajo escalas (como cambiar el tamaño de todo) deja de serlo.

Propiedades típicas del dilatón

Posibles consecuencias si se comprobase la existencia del Dilatón:

• Unificación de fuerzas: El dilatón puede actuar como puente entre la gravedad y la cuántica, al aparecer naturalmente en teorías como la de cuerdas.
• Constantes físicas variables: Si el dilatón existe y cambia en el tiempo, podría explicar por qué las constantes físicas tienen los valores actuales (o si podrían variar).
• Cosmología y energía oscura: Algunos modelos lo relacionan con la energía oscura o con teorías de quintaesencia (campos que explican la aceleración del universo).
• Ruptura de simetría conforme: Si el universo fue inicialmente invariante bajo escalas (como tamaño o energía), el dilatón podría ser la señal de que esa simetría se rompió.

Posibles formas para detectarlo:

Si el dilatón tiene masa baja y se acopla débilmente, podría dejar señales en:

• Desviaciones de la gravedad newtoniana a escalas pequeñas.
• Variaciones temporales o espaciales de constantes físicas.
• Experimentos de alta precisión como relojes atómicos o colisionadores.

Neutrino Estéril (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Neutrino Estéril

Los neutrinos estériles son partículas subatómicas hipotéticas que no interactúa mediante ninguna de las fuerzas fundamentales conocidas, excepto la gravedad. A diferencia de los neutrinos "activos", no participa en la interacción débil.

El nombre "estéril" indica precisamente su falta de interacción con la materia ordinaria y otras fuerzas, excepto la gravitacional.

Diferencias entre los Neutrinos Activos y los Neutrinos Estériles

En el Modelo Estándar existen tres sabores de neutrinos activos:

• 𝜈𝑒 → neutrino electrónico
• 𝜈𝜇→ neutrino muónico
• 𝜈𝜏→ neutrino tauónico

Estos sí interactúan débilmente y han sido confirmados en numerosos experimentos.

El neutrino estéril, por contraste : 

• No contendría carga débil, por lo que no participa en reacciones nucleares ni en procesos como la desintegración beta.
• No puede detectarse directamente.
• Sólo se inferiría por su efecto sobre las oscilaciones de los neutrinos activos.

Los neutrinos activos cambian de tipo (sabores) en vuelo. Este fenómeno es llamado oscilación de neutrinos, y requiere que tengan masa. En algunos experimentos, se ha observado un exceso o déficit de neutrinos que no cuadra con solo tres tipos de neutrinos, para explicarlo, se propone que parte de ellos podrían oscilar hacia un neutrino estéril —es decir, desaparecer del radar experimental.

Razón por las que se ha propuesto la existencia de los Neutrinos Estériles

Anomalías experimentales:

• Experimentos como LSND, MiniBooNE, y algunos reactores nucleares han observado comportamientos anómalos. Estas anomalías podrían explicarse si existiera un cuarto tipo de neutrino: estéril.

Materia oscura:

• Algunas teorías sugieren que los neutrinos estériles masivos podrían formar parte de la materia oscura caliente o templada.

Extensiones del Modelo Estándar:

• Muchas teorías (como las de tipo See-Saw) predicen la existencia de neutrinos estériles para explicar por qué los neutrinos activos tienen masa tan pequeña.

Propiedades de los Neutrinos Estériles

Podría haber uno o varios neutrinos estériles. A veces se les llama 𝜈𝑠, y en modelos más complejos se les etiqueta como 𝜈4, 𝜈5, 𝜈6, etc., si hay más de tres sabores.

Inflatón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Inflatón

El inflatón es una partícula (o campo escalar) hipotética que habría sido responsable de la inflación cósmica, una fase de expansión acelerada, extremadamente rápida, ocurrida una fracción de segundo después del Big Bang.

La inflación cósmica es una teoría que propone que, entre aproximadamente 10^−36 y 10^−32segundos después del Big Bang, el universo se expandió exponencialmente, resolviendo varios problemas del modelo del Big Bang, como:

• El problema del horizonte (¿por qué el universo es tan homogéneo?)
• El problema de la planitud (¿por qué el universo es geométricamente tan plano?)
• El problema de los monopolos (¿por qué no los observamos?)

La inflación necesita una fuente de energía negativa o "presión repulsiva" para hacer eso. Esa fuente es el campo inflatón.

En teoría cuántica de campos, el inflatón es un campo escalar (como el del bosón de Higgs). Las fluctuaciones cuánticas de ese campo se amplificaron y se convirtieron en las semillas de la estructura del universo. En su versión cuantizada, puede asociarse a partículas llamadas inflatones.

Mecanismo 

Al principio del universo, el inflatón se encontraba en una configuración de alta energía (potencial plano). Mientras "rueda" lentamente por su potencial, el universo sufre una expansión exponencial. Al llegar a un punto de "mínima energía", el campo oscila y decae, liberando su energía en forma de partículas.

A ese proceso se le llama recalentamiento, y marca el inicio del universo caliente (lo que llamamos el Big Bang tradicional). Mientras sus fluctuaciones cuánticas dejaron huellas en el fondo cósmico de microondas (CMB).

Características

Algunos modelos propuestos

• Inflación de campo lento (slow-roll).
• Inflación caótica (chaotic inflation).
• Inflación híbrida, etc.

En el fondo cósmico de microondas (CMB): las anisotropías observadas son consistentes con predicciones hechas usando el inflatón.

Curvatón (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Curvatón

Un curvatón es una partícula (o campo escalar) hipotética propuesta como una alternativa o complemento al inflatón para explicar el origen de las fluctuaciones de densidad que dieron lugar a la estructura del universo (galaxias, cúmulos, etc.).

El curvatón no causa la inflación, pero genera las perturbaciones cuánticas que sembraron la estructura del cosmos.

 

Durante la inflación cósmica (una fase de expansión acelerada del universo temprano), se cree que las fluctuaciones cuánticas del campo inflatón se ampliaron y se convirtieron en las semillas de las estructuras del universo, pero, algunos modelos de inflación no producen las fluctuaciones adecuadas o generan efectos no deseados (como violaciones del espectro observado). entonces, se propuso que otro campo escalar, diferente del inflatón, se encargase de producir esas fluctuaciones.

Ese campo se le denominó: el curvatón.

Mecanismo Propuesto

Durante la inflación, el curvatón es ligero y subdominante (no afecta la expansión). Aun así, fluctúa cuánticamente y genera perturbaciones isentrópicas (de entropía).

Después de la inflación, cuando el universo se enfría, el curvatón comienza a oscilar y a dominar temporalmente la energía del universo.

Finalmente, decae en radiación y convierte sus perturbaciones en perturbaciones de curvatura, que son las observadas en el fondo cósmico de microondas (CMB).

Características

En lenguaje moderno el curvatón es un campo escalar cuántico. Como todo campo cuántico, se puede asociar a partículas si se cuantifica. Por tanto, el curvatón puede considerarse como una partícula subatómica escalar.

La propuesta del Curvatón permite construir modelos de inflación más flexibles, donde el inflatón sólo controla la expansión. Además, puede generar no gaussianidades (desviaciones de la forma típica de las perturbaciones), que podrían ser observables en futuros experimentos. Y podría estar relacionado con campos de baja energía que sí podrían conectarse con la física de partículas más accesible.

Axión (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Axión

El axión es una partícula escalar neutra, extremadamente ligera y débilmente interactuante, propuesta originalmente para resolver el problema CP fuerte de la cromodinámica cuántica (QCD).

Es una partícula hipotética, aún no observada experimentalmente.

La QCD (teoría de los quarks y gluones) permite, en principio, una violación de la simetría CP (carga-paridad), lo cual significaría que la física no sería la misma para partículas que para antipartículas reflejadas.

Pero los experimentos dicen que la QCD no viola CP, o lo hace de forma extremadamente pequeña (por ejemplo, en el momento dipolar eléctrico del neutrón, que es casi cero).¿Entonces por qué la QCD no viola CP si matemáticamente puede hacerlo?

A esto se le conoce como el "problema CP fuerte".

Para resolver este problema se propuso una nueva simetría global (llamada simetría de Peccei–Quinn) que, al romperse espontáneamente, elimina naturalmente la violación CP en la QCD. Y para ello debería de existir una nueva partícula: el axión.

El nombre lo puso Frank Wilczek, inspirado por el detergente "AXION", porque la partícula "limpia" el problema CP.

Axiones y materia oscura

Debido a sus propiedades se ha propuesto que podrían ser parte de la materia oscura

• Son muy abundantes (según predicciones cosmológicas).
• No interactúan (casi) con luz ni materia normal.
• Son fríos (tienen poca energía cinética).

Esto los hace candidatos ideales para materia oscura.

Para poder probar su existencia se usan experimentos extremadamente sensibles, como:

• ADMX (Axion Dark Matter eXperiment): usa cavidades resonantes y campos magnéticos.
• CASPEr, MADMAX, ABRACADABRA, entre otros.

La idea es que los axiones pueden convertir muy débilmente su energía en fotones en presencia de campos magnéticos intensos.

 Tipos de modelos de axiones

Modelo original (Peccei–Quinn–Weinberg–Wilczek): descartado por masa demasiado grande.

Axiones invisibles:

• KSVZ model (Kim–Shifman–Vainshtein–Zakharov)
• DFSZ model (Dine–Fischler–Srednicki–Zhitnitsky)

Ambos producen axiones muy ligeros y débilmente acoplados.

Finalmente podemos decir que el axión es una partícula subatómica hipotética que resuelve el problema CP fuerte de la QCD y es un candidato para la materia oscura fría del universo. Aunque aún no ha sido detectado, su búsqueda es una de las más activas en física teórica y experimental hoy en día.

Otros Hipotéticos Elementales (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Otros Hipotéticos Elementales 

El Modelo Estándar (ME) describe las partículas y fuerzas fundamentales (excepto la gravedad). Es muy exitoso, pero no está completo, y algunas partículas se propusieron dentro del propio marco del modelo para resolver problemas teóricos o experimentales.

Partículas aún hipotéticas permitidas o requeridas por el ME (o extensiones mínimas)

Bosón de Higgs Hipotético por décadas (1964–2012)

• Propuesto para explicar cómo las partículas adquieren masa mediante el mecanismo de Higgs. Confirmado en el LHC (CERN) en 2012. Aunque ahora es real, fue la más famosa partícula hipotética del ME.

Neutrinos estériles (νₛ)

• Fermiones neutros que no interactúan vía fuerza débil, sólo por gravedad.

• Propuestos para explicar:

  • Anomalías en oscilaciones.

  • Masa de los neutrinos.

  • Candidatos a materia oscura.

Axiones (a)

• Bosones pseudoescalares ultraligeros.

• Introducidos para resolver el problema CP fuerte en QCD (por Peccei-Quinn).

• Compatibles con el ME si se incluye el mecanismo PQ como extensión.

Partículas mediadoras de nuevas simetrías gauge (Z′, W′)

• Bosones vectoriales neutros (Z′) o cargados (W′).

• Aparecen en extensiones gauge del ME (como SU(2)×SU(2), U(1)′).

• Se consideran extensiones "naturales", no radicales como SUSY.

Monopolos magnéticos

• Soluciones topológicas de teorías gauge (no partículas en sentido tradicional).

• Aparecen en teorías de gran unificación (pero también posibles en QED extendida).

• No forman parte explícita del ME, pero no son incompatibles con su estructura.

Partículas esperadas en el Modelo Estándar

Partículas descartadas por el momento en el Modelo Estándar

Tabla Resumen Final de partículas hipotéticas en el Modelo Estándar

Chargino (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Chargino

El chargino es una partícula elemental hipotética predicha por la supersimetría (SUSY), una teoría que extiende el Modelo Estándar. A diferencia del neutralino, que es neutro, el chargino tiene carga eléctrica ±1, de ahí su nombre: charged + ino.

Los charginos más detalladamente son mezclas cuánticas de los supercompañeros cargados del Modelo Estándar:

Supercompañero SUSY	De qué partícula viene	Notación
Wino± (𝜓̃W⁺/⁻)	Bosones W⁺/W⁻	𝜓̃W⁺, 𝜓̃W⁻
Higgsino± (𝜓̃H⁺/⁻)	Componentes cargadas del Higgs	𝜓̃H⁺, 𝜓̃H⁻

Al combinarse, forman dos estados físicos:

• Chargino 1: 𝜒̃₁⁺ / 𝜒̃₁⁻ → el más ligero

• Chargino 2: 𝜒̃₂⁺ / 𝜒̃₂⁻ → más pesado

Propiedades del chargino

Propiedad	Valor/Comentario
Espín	½ (fermión)
Carga eléctrica	±1
Interacción	Electromagnética, débil y gravitacional
Estabilidad	Inestable en general (se desintegra)
Masa	Desconocida (depende del modelo, típicamente > 100 GeV)

Importancia del Chargino

Clave en modelos SUSY

• Los charginos son signos distintivos de supersimetría.

• Aparecen en muchas reacciones teóricas en colisionadores (como en el LHC).

Cadenas de decaimiento hacia materia oscura

• El chargino puede decaer en el neutralino más ligero (𝜒̃₁⁰), que es candidato a materia oscura.