Simulación de interacciones de neutrinos de Majorana en colisionadores de partículas

Abstract

El Modelo Estándar de la física de partículas es la teoría que describe el comportamiento de las partículas elementales y sus interacciones. A pesar de las exitosas predicciones que esta teoría permite realizar, también encuentra ciertas limitaciones. Se puede considerar entonces al Modelo Estándar como el límite de baja energía de una teoría de campos con nueva física accesible a escalas de energía mucho mayores a las alcanzables en los experimentos existentes. En especial, las oscilaciones de neutrinos, cuyo descubrimiento dio lugar al premio Nobel de física de 2015, evidenciaron la necesidad de extender el Modelo Estándar de la física de partículas para obtener neutrinos masivos. Una manera de hacerlo, es incorporando lo que se conoce como neutrinos derechos estériles, de esta manera, a través del mecanismo seesaw (subibaja) se obtienen estados de Majorana masivos livianos (los conocidos) y pesados (los neutrinos de Majorana pesados). La nueva física, existente a escalas de energía mayores, podría mediar nuevas interacciones entre los neutrinos de Majorana pesados y las partículas del Modelo Estándar. Se podría detectar evidencia de esta nueva física si los neutrinos pesados tuvieran masas en la escala electrodébil y se pudieran producir en colisionadores de partículas. Una forma de parametrizar las nuevas interacciones introducidas es con una teoría de campos efectiva que incluye a los neutrinos pesados como grados de libertad accesibles (conocida como νSMEFT). En este enfoque, los nuevos términos de interacción son válidos únicamente en cierto rango de energías, menores a la escala de nueva física. En esta tesis estudiamos la fenomenologíaa de la extensión νSMEFT a través de la realización de simulaciones de experimentos en colisionadores de partículas. Estudiamos la producción de neutrinos de Majorana pesados en los colisionadores futuros ILC (International Linear Collider, del tipo electrón-positrón) y LHeC (Large Hadron-electron Collider, del tipo electrón-protón). De esta manera, buscamos posibles procesos físicos que, de ser observados, evidenciarían la existencia de los neutrinos de Majorana pesados o permitirían acotar los parámetros de la teoría. Finalmente, obtuvimos regiones del espacio de parámetros de la extensión efectiva en las que las predicciones para estos experimentos se apartan de las del Modelo Estándar lo suficiente como para ser observadas.