Un bino-higgsino pMSSM como partícula de materia oscura

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La supersimetría sigue viva y coleando. Además, el modelo pMSSM sigue siendo natural. Este regalo navideño nos lo ofrecen Roberto Ruiz de Austri (IFIC-UV/CSIC, Valencia, España) y varios colegas. La partícula de materia oscura más natural sería un bino-higgsino con una masa entre 35 y 155 GeV/c². Compatible con todas las observaciones actuales, podría ser observada en menos de cinco años. Así lo predice el modelo pMSSM con un ajuste fino menor de 10 para la masa del bosón Z.

Te recuerdo que la extensión supersimétrica mínima del modelo estándar (MSSM) añade 105 parámetros nuevos al modelo estándar. Este número se reduce a 19 usando restricciones fenomenológicas, dando lugar al modelo pMSSM (phenomenological MSSM). Como 19 parámetros libres son muchos parámetros, todavía se pueden obtener modelos pMSSM naturales que aún no han sido descartados.

Por supuesto, tú decides si aceptas su regalo. Pero así titulan su artículo Melissa van Beekveld, Wim Beenakker, …, Roberto Ruiz de Austri, “This year’s holiday present: Supersymmetry with Dark Matter is still natural,” arXiv:1612.06333 [hep-ph] (19 Dec 2016).

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Muchos han dado por muerto al modelo MSSM en muchas ocasiones durante los últimos 25 años. Pero cual ave fénix siempre renace de sus cenizas. La razón es obvia: explorar un espacio paramétrico enorme con 105 grados de libertad es imposible. Repito, imposible. Por ello durante los últimos 30 años se han estudiado diferentes modelos MSSM simplificados en los que se fijan la mayoría de los parámetros y se dejan libres unos pocos. Como no hay ninguna simetría física o matemática que permita sesgar el espacio de parámetros se recurre a ideas como la naturalidad (cierta noción de belleza). Un modelo es natural si sus parámetros libres tienen valores próximos a la unidad. Un valor de 1000, o de 0.001 se considera mucho menos natural que un valor de 5.3, o 0.22. El modelo estándar no es natural, pero tampoco importa (por ello se suele decir que es feo).

Muchos de los modelos MSSM con pocos parámetros libres cuyos valores son naturales han ido siendo descartados por los experimentos y las observaciones. De ahí que se haya dicho en muchas ocasiones que LEP, Tevatrón o LHC han matado a la supersimetría natural (en medios a veces se omite el adjetivo natural). También se ha dicho lo mismo de las búsquedas infructuosas de partículas WIMP como candidatos a materia oscura. Sin embargo, basta incrementar el número de parámetros libres para restaurar la naturalidad del modelo MSSM y escapar a los límites de exclusión. Cual hidra mitológica, la única manera de matar al MSSM es cortarle sus 105 cabezas, digo parámetros. Algo imposible a día de hoy, e incluso dentro de muchas décadas. Repito, son demasiados…

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El modelo pMSSM tiene 19 parámetros libres. Una hidra mitológica con 19 cabezas es casi imposible de matar. Por ello la opinión de la mayoría de los físicos teóricos expertos en supersimetría es que esta idea sigue tan viva y coleando como cuando fue formulada hace más de 40 años. Eso sí, todo el mundo prefiere un modelo pMSSM con un grado de naturalidad menor de diez. Este grado se puede cuantificar de múltiples formas. En el nuevo de Roberto Ruiz de Austri y sus colegas se usa la masa del bosón Z (centrar la atención en un parámetro concreto facilita la exploración de todo el espacio de parámetros). No quiero entrar en los detalles técnicos. Solo quiero destacar que el ajuste fino (FT) mínimo alcanzado es de 2.7 para una partícula de materia oscura compatible con los datos cosmológicos actuales. Las partículas candidatas a materia oscura preferidas son el higgsino (FT < 3.0), el wino (FT < 6.5) y el neutralino más ligero (FT < 10).

Para concretar, bajo ciertas hipótesis más o menos razonables, los autores se decantan por un bino-higgsino con una masa entre 35 y 155 GeV. Una partícula así escapa de todas las búsquedas realizadas hasta el día de hoy. Por fortuna, podría estar al alcance del LHC y los experimentos de búsqueda directa de la materia oscura en unos cinco años. Por supuesto me dirás que si no la encuentran en el próximo lustro, no hay problema, los físicos cambiarán la predicción pMSSM para el lustro siguiente y la búsqueda seguirá activa.

La física (y la ciencia en general) es así. Buscamos y buscamos y buscamos hasta que encontramos. Entonces recordamos quien predijo lo que encontramos y le ofrecemos la gloria. Porque lo apasionante es la búsqueda, las preguntas, no las respuestas.



3 Comentarios

  1. ¿Alguien podría explicarme por qué el símbolo del bino es idéntico al del sbottom squark? Me ocasionó una confusión que demoré horas en despejar.

    Y ya que estamos, ¿por qué en la presente tabla de partículas y spartículas el símbolo del photon no es la habitual Y?

    Desde ya muchas gracias.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 20 diciembre, 2016
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