Gauginos (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Gauginos

Los gauginos son partículas hipotéticas propuestas por la supersimetría, que serían los supercompañeros fermiónicos (espín ½) de los bosones gauge del modelo estándar (que tienen espín 1).

Gaugino = Supercompañeros del bosón de gauge.

Características

La supersimetría extiende el modelo estándar postulando que cada partícula tiene un compañero supersimétrico :

Partícula del SM	Tipo (espín)	Compañero SUSY	Tipo (espín)
Electrón	Fermión (½)	Selectrón	Bosón (0)
Gluón	Bosón (1)	Gluino	Fermión (½)
W, Z, fotón	Bosones (1)	Wino, Zino, Fotino	Fermiones (½)

Entonces, los gauginos son fermiones asociados a los campos gauge del SM.

Tabla detallada

Gaugino	Supercompañero de...	Asociado al grupo gauge
Gluino ($\tilde{g}$)	Gluón	SU(3)$_C$ (QCD)
Wino ($\tilde{W}^\pm, \tilde{W}^0$)	Bosón W	SU(2)$_L$
Zino ($\tilde{Z}$)	Bosón Z	Mezcla neutral
Fotino ($\tilde{\gamma}$)	Fotón	U(1)$_Y$ (hipercarga)

En muchos modelos supersimétricos, como el MSSM (Modelo Mínimamente Supersimétrico), estos gauginos pueden mezclarse entre sí, formando nuevas partículas llamadas:

• Neutralinos (mezcla neutra de Zino, Fotino, Higgsinos).

• Carguinos (mezcla cargada de Winos y Higgsinos).

• Gravitino (también se postularía la existencia de un supercompañero del hipotético Gravitón)

Resumen de Características Generales de los Gauginos

Propiedad	Valor hipotético
Espín	½ (son fermiones)
Masa	No se conoce (la SUSY debe romperse)
Carga	Varía según el bosón asociado
Detectados?	❌ No (hasta ahora, en ningún experimento)
Importancia	Posibles candidatos a materia oscura (como el neutralino más ligero)

Objetivo de postular su existencia

• SUSY soluciona varios problemas del modelo estándar, como:

  • El problema de jerarquía (relacionado con la masa del bosón de Higgs).

  • La unificación de acoplamientos de fuerzas.

  • La existencia de un candidato natural para la materia oscura.

• Gauginos son esenciales en ese marco:

  • El gluino afecta la física de colisionadores.

  • El neutralino más ligero podría ser estable y neutro, ideal para materia oscura.

• No se ha detectado ningún gaugino hasta ahora, ni en el LHC ni en otros experimentos.

• Si existen, la supersimetría debe estar rota, es decir, los gauginos tendrían masas mucho mayores que sus compañeros del modelo estándar.

Hipotéticas Elementales Supersimétricas (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Hipotéticas Elementales Supersimétricas

La supersimetría es una simetría teórica entre partículas fermiónicas (como quarks y leptones) y partículas bosónicas (como fotones, bosones W y Z, etc.). Propone que cada partícula conocida tiene una "superpareja" con una diferencia de espín de ± 1/2, lo que implica que los bosones tendrían compañeros fermiónicos y los fermiones compañeros bosónicos.

Las partículas supersimétricas, abreviadas como SUSY (del inglés "Supersymmetry"), son una propuesta teórica en la física de partículas que sugiere la existencia de compañeros supersimétricos aún no observados para todas las partículas conocidas en el modelo estándar de la física de partículas. En otras palabras, para cada partícula del modelo estándar (fermiones y bosones), existe una partícula supersimétrica.

La supersimetría fue propuesta originalmente para abordar varias cuestiones no resueltas en el modelo estándar, como la estabilidad de la jerarquía electrodébil, la unificación de las interacciones fundamentales y la naturaleza de la materia oscura. Al introducir partículas supersimétricas, se espera que se cancelen ciertas divergencias en los cálculos y se resuelvan problemas teóricos.

Sin embargo, hasta la fecha, no se han observado experimentalmente las partículas supersimétricas. Esto ha llevado a restricciones cada vez más estrictas sobre las masas y las propiedades de estas partículas, y ha generado interés en experimentos de alta energía, como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, para buscar evidencia de la supersimetría.

Hipotéticas Elementales (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Hipotéticas Elementales

Las partículas hipotéticas son aquellas que se postulan teóricamente como posibles constituyentes fundamentales de la materia, pero que aún no han sido observadas experimentalmente. Estas partículas se proponen como parte de teorías físicas más allá del modelo estándar, en un esfuerzo por explicar fenómenos no explicados por las partículas conocidas o para resolver inconsistencias en la descripción actual de la naturaleza.

Algunos ejemplos de partículas hipotéticas incluyen:

Gravitón: Se postula como el quantum del campo gravitacional en la teoría cuántica de la gravedad, que aún no se ha desarrollado completamente. El gravitón se propone como el mediador de la fuerza gravitatoria y estaría asociado con la teoría de la gravedad cuántica.

Axión: Es una partícula hipotética propuesta para resolver problemas en la cromodinámica cuántica y la teoría de la supersimetría. El axión también ha sido propuesto como una posible explicación para la materia oscura.

Partículas supersimétricas (SUSY): En la teoría de la supersimetría, cada partícula conocida del modelo estándar tiene un compañero supersimétrico aún no observado. Estas partículas supersimétricas podrían resolver varios problemas teóricos, como la estabilidad de la jerarquía electrodébil y la unificación de las fuerzas fundamentales.

Partículas de Kaluza-Klein: En teorías de dimensiones adicionales, como la teoría de cuerdas y la teoría de Kaluza-Klein, se postulan partículas adicionales que surgen de la compactificación de las dimensiones extra. Estas partículas tienen una masa y cargas adicionales debidas a la geometría extra del espacio-tiempo.

Leptonquark: En teorías de gran unificación y teorías de ruptura de simetría extendida, se proponen partículas adicionales que relacionan los leptones y los quarks. Estas partículas podrían ayudar a explicar la simetría entre las familias de partículas y la naturaleza de la materia oscura.

Estos son solo algunos ejemplos de partículas hipotéticas que se han propuesto en la física teórica en un esfuerzo por comprender mejor la naturaleza fundamental de la materia y las fuerzas fundamentales.

Campos Fantasmas de Feddeev-Popov (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Campos Fantasmas de Feddeev-Popov

Los campos fantasmas (también llamados fantasmas de Faddeev–Popov) son campos auxiliares matemáticos introducidos en la formulación cuántica de teorías de gauge (como el modelo estándar o la QCD) para mantener la consistencia del cálculo al cuantizar campos con simetrías gauge.

Aunque se llaman "campos", no representan partículas físicas reales. No se detectan, no aparecen en estados finales. Son un artefacto matemático necesario para que el cálculo funcione.

Cuando se intenta cuantizar una teoría gauge, como el campo de Yang–Mills, se encuentra con un problema técnico:

la existencia de infinitas configuraciones equivalentes (debido a la simetría gauge).

Esto causa dos cosas:

• Las integrales funcionales (de camino) divergen porque están “sumando” muchas veces el mismo estado físico.
• Se introduce una condición de gauge (como la gauge de Lorenz, o la de Feynman) para eliminar la redundancia. Pero al hacer eso, se genera un determinante jacobiano no trivial en la integral de camino.

Faddeev y Popov (1967): mostraron que este determinante puede reescribirse como un integral funcional de nuevos campos, que resultan ser campos escalares anticomutativos ( los fantasmas.)

Resumen de Características:

• Son campos escalares: no tienen espín.
• Pero no conmutan como escalares normales: obedecen estadística fermiónica (anticomutan).
• Se representan típicamente como 

donde 𝑎 es un índice del grupo gauge (como SU(3)).

• Sólo aparecen en bucles internos de diagramas de Feynman, nunca como partículas externas.

Estos campos 

• Cancelan contribuciones no físicas en diagramas de Feynman.
• Aseguran la unitariedad y renormalizabilidad de la teoría gauge.
• Sin ellos, las teorías no abelianas como la QCD no podrían ser tratadas cuánticamente de forma consistente.

Campos Fantasmas (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Campos Fantasmas

El término "campos fantasmas" en física cuántica se refiere a campos adicionales que aparecen en ciertas teorías cuánticas de campos, particularmente en el contexto de la renormalización en teorías gauge, como la cromodinámica cuántica (QCD) y la teoría electrodébil.

En estas teorías, los campos fantasmas no corresponden a partículas físicas observables en el sentido tradicional, sino que son campos matemáticos que se introducen en el formalismo de la teoría para manejar ciertos aspectos técnicos de los cálculos. Los campos fantasmas se utilizan para cancelar términos divergentes que surgen durante el proceso de renormalización, que es una técnica empleada para tratar con infinidad de divergencias que aparecen en la teoría cuántica de campos.

La introducción de campos fantasmas es una herramienta poderosa para permitir que las teorías gauge sean consistentes matemáticamente y para hacer predicciones cuantitativas que se puedan comparar con los experimentos. Sin embargo, es importante destacar que los campos fantasmas no tienen una interpretación física directa y no representan partículas reales del universo observado.

Por lo tanto, aunque el término "campos fantasmas" pueda sonar intrigante, en realidad se refiere a un aspecto técnico y matemático de ciertas teorías cuánticas de campos, más que a entidades físicas observables. Su papel es fundamentalmente matemático y teórico en la construcción de las teorías cuánticas de campos modernas.

 

Bosón de Higgs (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Bosón de Higgs

El bosón de Higgs es un bosón escalar y una manifestación del campo de Higgs, un campo invisible que permea todo el universo. Es una partícula fundamental propuesta por el modelo estándar de la física de partículas, cuya existencia fue confirmada experimentalmente en 2012 por los experimentos ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Es el principal factor que da el valor a la masa de la materia en el Universo.

Características del bosón de Higgs:

• Es un bosón escalar, es decir, una partícula con espín 0.

• Su masa es de aproximadamente 125 GeV/c².

• No tiene ni color ni carga y por lo mismo no interactúa con Gluones y Fotones.

• Es inestable y decae rápidamente en otras partículas.

• Explica cómo las partículas adquieren masa. Según el modelo estándar, las partículas fundamentales no tendrían masa si no interactuaran con este campo. Cuanto más interactúan con él, mayor es su masa. 

Por ejemplo: 

El fotón no interactúa con el campo de Higgs, por eso no tiene masa.

El bosón W y el bosón Z, que median la fuerza débil, interactúan fuertemente con el campo y son bastante masivos.