Partícula X Cosmológicas (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Partícula X Cosmológicas

Las Partículas X son bosones de gauge supermasivos predichos por las teorías de Gran Unificación, que mediaban interacciones entre quarks y leptones en el universo primitivo.

Al decaer, violaban el número bariónico y la simetría CP, generando el exceso de materia que hoy forma estrellas, planetas y vida.

Contexto: el Universo en la era de Gran Unificación:

Entre  después del Big Bang, la temperatura del cosmos era del orden de lo que equivale a energías de 

A esas energías, según las Teorías de Gran Unificación (GUT), las tres fuerzas no gravitatorias —fuerte, débil y electromagnética— se funden en una sola interacción gobernada por un grupo gauge como:

Cuando el universo se expandió y enfrió, esta simetría se rompió espontáneamente, dando lugar a las tres fuerzas actuales.

Esa ruptura generó bosones superpesados llamados partículas X e Y.

Partículas X:

Las Partículas X son bosones gauge (de espín 1) que mediaban interacciones entre quarks y leptones durante la era de unificación.

Su masa se origina cuando la simetría GUT se rompe (análogamente a cómo el bosón W adquiere masa cuando se rompe la simetría electrodébil).

Algunas interacciones fundamentales:

Procesos de mediación entre partículas

En el modelo SU(5), las partículas de materia se agrupan en multipletes que incluyen tanto quarks como leptones.

El bosón X puede mediar procesos como:

o

Estas transiciones cambian un quark en un leptón, violando el número bariónico y leptónico pero conservando B−L.

Bariogenesis

Cuando el universo se enfrió por debajo de , los X dejaron de producirse en equilibrio y comenzaron a desintegrarse: 

Si esas desintegraciones:

• Violan el número bariónico B,
• Violan la simetría CP, y
• Ocurren fuera del equilibrio térmico,

entonces se cumple el criterio de Sakharov (1967) para crear un exceso de materia sobre antimateria.

Ese pequeño exceso (una partícula de materia por cada mil millones de pares materia–antimateria) habría sobrevivido tras la aniquilación y formado toda la materia visible actual.

Decaimiento del Protón

Dado que los X pueden transformar quarks en leptones, también permiten decaimientos del protón, como:

La vida media predicha es enorme , y aún no se ha observado, pero los experimentos como Super-Kamiokande siguen buscando esa señal.

Una detección confirmaría indirectamente la existencia de las Partículas X.

Magnitudes y Escalas:

Relación con otras partículas cosmológicas:

Las X, junto con el inflatón y los neutrinos pesados, forman parte del “zoológico” de partículas teóricas del universo temprano.