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.

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

Propiedad	Valor/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.

 

Gluino, Gravitino, Fotino, Wino y Zino (Zoológico de Partículas Subatómicas)

Gluino, Gravitino, Fotino, Wino y Zino

Estas partículas supersimétricas no han sido observadas experimentalmente (hasta ahora), pero son importantes en teorías como la teoría de cuerdas y modelos de materia oscura.

Características de cada partícula

Estas partículas no se han detectado aún, pero su estudio sigue siendo activo porque:

• Podrían explicar la materia oscura.
• Harían más simétrica y completa la física de partículas.
• Son naturales en extensiones como la teoría de cuerdas y supergravedad.

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.