Supersimetría, materia oscura y neutralinos

Me ha sorprendido encontrar en una entrada del Kanijo sobre neutralinos en el LHC, cuyas traducciones deben ser una lectura obligada para los buenos aficionados a la divulgación científica, la misma figura que yo he utilizado para ilustrar una entrada sobre la supersimetría. Yo confieso que la extraje de Symmetry, la revista que sustituyó en 2004 a FermiNews, la revista de noticias del Fermilab, en Chicago. La extraje de uno de los artículos de la sección “Explain in 60 seconds” (explícalo en un minuto). Quizás Kanijo la extrajo del mismo lugar. Quien sabe, pero todo esto me ha hecho pensar en los neutralinos. Hablaremos un poco de ellos y pondré otra ilustración “copiada” de dicha revista (la que ilustra la entrada “dark matter“).

Quizás el candidato más razonable para dar cuenta de la Materia Oscura en el Universo es la partícula supersimétrica estable más ligera LSP (lightest supersymmetric particle), que corresponde a materia oscura “fría” formada por partículas de tipo WIMP (weakly interacting particle), hipóteticas partículas cuya interacción con el resto de las partículas es muy débil, comparable a la interacción del neutrino; todavía no ha sido detectada ninguna WIMP, pero lo más razonable es que corresponda a una partícula supersimétrica, SUSY WIMP.

La supersimetría no es una simetría exacta de la Naturaleza (está “rota”) ya que no se la observa a baja energía. Todas las superpartículas tienen grandes masas que “creemos” se han generado en la ruptura de esta simetría que se produjo en los primeros momentos de la Gran Explosión (big bang). Como no hemos observado ninguna partícula supersimétrica en la actualidad a baja energía, hemos de suponer que son inestables y que en las primeras fases del big bang se desintegraron a pares (superpartícula-antisuperpartícula, por ejemplo) produciendo partículas supersimétricas de menor masa en reposo. La única partícula que puede haber sobrevivido a dicho proceso es la más ligera, que no puede desintegrarse en partículas supersimétricas de menor masa (sin violar la simetría de la supersimetría, la llamada paridad R, que evita que el protón se desintegre demasiado rápido y que en la actualidad existan protones). Las partículas LSP remanentes de este proceso, reliquias del big bang, serían entonces un buen candidato a materia oscura en el universo.

¿Qué superpartícula (spartícula) es el mejor candidato a partícula más ligera (LSP) ? Antes de 1984 se habían propuesto el fotino (sfotón), el gravitino (sgravitón), el sneutrino y el selectrón, pero el artículo de Ellis et al. “Supersymmetric relics from the big bang,” Nuclear Physics B, 238:453-476, 1984, mostró que la LSP más razonable era el neutralino, una superposición lineal del fotino y del zino (sbosón Z) junto a dos higgsinos (sbosones de Higgs) neutros. Hay cuatro posibles neutralinos según sea su composición, que depende de una matriz 4×4 a determinar experimentalmente siendo sus autovectores representantes de cada uno de los posibles estados masivos, la proporción de sus constituyentes (ver por ejemplo PDG SUSY página 15). El neutralino de menor masa es la partícula LSP responsable de la materia oscura (según los datos cosmológicos actuales) si su masa en reposo se encuentra en 90 y 400 GeV; según los aceleradores actuales, a la espera de los futuros resultados del LHC, el límite inferior de la masa del LSP es de 46 GeV con un 95 % CL (ver el valor en negrita en la primera página de PDG SUSY). Más sobre SUSY y LSP del PDG.

Hay una cuestión interesante que debemos indicar, los neutralinos (o al menos el más ligero) podrían tener masa nula o una masa extremadamente pequeña (como los neutrinos, una masa menor de 0.1 GeV), ver por ejemplo Stefano Profumo, “Hunting the lightest lightest neutralinos,” Phys. Rev. D 78, 023507, 2008 , ArXiv preprint, con lo que la partícula LSP candidato a materia oscura fría, de ser un neutralino, sería el que tenga una masa más pequeña del orden de los 100 GeV. En este sentido es interesante el artículo de John Ellis, “Sneutrino NLSP Scenarios in the NUHM with Gravitino Dark Matter,” ArXiv preprint, 23 July 2008 , que propone como candidato la siguiente partícula más ligera (NLSP, next-to-lightest supersymmetric particle).

El último párrafo de las conclusiones de este último artículo merece ser repetido aquí (traducido y abreviado). “El estudio de la escala de energías de los TeV con el LHC nos descubrirá física desconocida (‘unknown’). La supersimetría se considera muchas veces como una “desconocida conocida” (‘known unknown’, es decir, “una desconocida familiar”), en el sentido de que aunque no sabemos si existe, creemos que sabemos cómo será si existe. John Ellis nos recuerda que la supersimetría podría ser una “desconocida desconocida” (‘unknown unknown’, es decir, “una desconocida de verdad”), en el sentido de que no sólo no sabemos si existe, sino que tampoco sabemos cómo podría ser. Hay muchas posibilidades, especialmente en el sector que involucra los sgravitinos.” Yo os añado, recurriremos al LHC para aclararnos al respecto.

1 comentario

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Ana Maria Ana Maria

Hola,
Me gustaria recbir informacion acerca de fisica cuantica y sobre la materia negra, temas relacionados
Gracias
Ana maria

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