domingo, 27 de julio de 2025

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.



domingo, 20 de julio de 2025

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.


jueves, 10 de julio de 2025

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





domingo, 6 de julio de 2025

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 SUSYDe 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

PropiedadValor/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.


viernes, 4 de julio de 2025

Neutralino (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Neutralino


El neutralino es una partícula elemental hipotética predicha por la teoría de la supersimetría (SUSY). Es un fermión neutro (carga eléctrica 0) con espín ½, que no forma parte del Modelo Estándar, pero sí de sus extensiones supersimétricas más comunes, como el Modelo Supersimétrico Mínimo (MSSM).

Exactamente el neutralino no es una partícula única, sino una mezcla cuántica (una combinación lineal) de varios supercompañeros neutros:




Componente SUSY    Supercompañero de...   Notación
Fotino (𝜓̃γ)    Fotón        𝜓̃γ
Zino (𝜓̃Z)    Bosón Z    𝜓̃Z
Higgsino neutro    Higgs neutral    𝜓̃H₁⁰, 𝜓̃H₂⁰

De la mezcla de estas cuatro se forman cuatro estados físicos:
  • Neutralino 1 (𝜒̃₁⁰) → el más ligero

  • Neutralino 2 (𝜒̃₂⁰)

  • Neutralino 3 (𝜒̃₃⁰)

  • Neutralino 4 (𝜒̃₄⁰)

El subíndice indica el orden por masa: 𝜒̃₁⁰ es el más liviano y suele ser estable.

 

Propiedades del neutralino

PropiedadValor/Comentario
Espín        ½ (fermión)
Carga eléctrica        0 (neutro)
Interacción        Débil y gravitacional
Estabilidad              El más ligero (𝜒̃₁⁰) puede ser estable si se conserva la paridad R
Masa        Depende del modelo; puede ser de decenas a miles de GeV


Importancia del Neutralino


Candidato a materia oscura

  • El neutralino más ligero (𝜒̃₁⁰) es un excelente candidato a materia oscura fría (WIMP).

  • Es neutro, estable, masivo y débilmente interactuante, justo lo que se necesita para explicar la materia oscura en el universo.

Búsqueda en colisionadores y experimentos directos

  • Se busca en el LHC y en experimentos de detección directa como XENON, LUX, PandaX.

  • Aún no ha sido observado, pero sigue siendo una posibilidad muy seria.

 

miércoles, 2 de julio de 2025

Otros Supersimétricos (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Otros Supersimétricos


Además de los Gauginos, existe otro tipo de partículas supersimétricas teorizadas.



Estas partículas tienen espín 0, por lo que son bosones escalares.

Sfermiones: 

  • Son las supercompañeras bosónicas de los fermiones del Modelo Estándar (quarks y leptones). El nombre es una fusión de "scalar" + "fermion".

  • Ejemplos:

    • Selectrón (𝜓̃e): supercompañera del electrón

    • Smuón (𝜓̃μ): del muón

    • Stau (𝜓̃τ): del tau

    • Sneutrino (𝜙̃ν): del Neutrino, muy difícil de detectar; neutros y ligeros.

    • Squarks (𝜓̃u, 𝜓̃d, etc.): supercompañeros de quarks (u,d,s,c,b,t)

  • Propiedades:

    • Tipo: Bosones escalares (espín 0)

    • Carga: Igual que su compañero fermión

    • Muy inestables en la mayoría de modelos

Higgsinos:

  • Son las supercompañeras del bosón de Higgs. Como el modelo supersimétrico requiere al menos dos dobles de Higgs (uno para masas de tipo arriba y otro para abajo), hay varios Higgsinos.

  • Propiedades:

    • Tipo: Fermiones (espín ½)

    • Carga: Pueden ser neutros o cargados

    • Se combinan con gauginos para formar:

      • Neutralinos (neutros)

      • Charginos (cargados)

Neutralinos: combinaciones lineales de fotino, zino y neutralinos Higgsinos. Son neutros, estables en muchos modelos y candidatos a materia oscura.


Charginos: combinaciones de winos cargados y Higgsinos cargados.





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