Fenomenología de un modelo de masas de neutrinos de tipo Dirac
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Resumen en español
RESUMEN: es indudable el éxito teórico y experimental que ha tenido el modelo estándar desde su nacimiento en los años 30, durante todo este tiempo este se ha destacado por su capacidad predictiva que ha llevado a una época de descubrimientos experimentales sin comparación hasta este momento; sin embargo, esta tiene una serie de agujeros que representan algunos de los retos teóricos más interesantes en la física de partículas, uno de estos es la falta de un mecanismo que describa los valores observados para las masas de los neutrinos. Con esto en mente, en el presente trabajo se exploró y estudió (bajo la teoría cuántica de campos) un modelo de masas de neutrinos con el objetivo de dar cuenta de estas en el contexto de la física más allá del modelo estándar. En la primera parte se presenta una breve introducción de los conceptos clave en la teoría cuántica de campos junto con los aspectos más importantes a tener en cuenta de la naturaleza (conocida hasta ahora) de los neutrinos y sus implicaciones sobre la física de partículas (tanto dentro como más allá del modelo estándar). A partir de esta introducción, en la segunda parte se presenta el modelo responsable de dar masa a los neutrinos a 1-loop mediante la extensión del modelo estándar con nuevos campos (tanto escalares como fermiones) y simetrías discretas, en orden de estudiar este, se definió su lagrangiano y se calculó el espectro de masas del mismo con el objetivo de, en el siguiente apartado, realizar el cálculo de la expresión para la matriz de masas de los neutrinos; con esta ya calculada, se hallaron los diferentes valores admitidos para parámetros tales como los acoples de Yukawa y las masas de los campos, los cuales deben estar restringidos en vista de la física de neutrinos ya establecida actualmente. A partir de esto, se hizo un análisis fenomenológico preliminar a partir de estudiar diferentes procesos que pueden dar señales de física mas allá del modelo estándar como lo son los decaimientos ℎ → 𝛾𝛾 y 𝜇 → 𝑒𝛾. Finalmente, se discutieron y presentaron los resultados obtenidos, junto con una breve discusión de perspectivas a futuro del trabajo como lo son el estudio de las consecuencias de introducir este modelo al momento de explorar otros temas candentes en la física de partículas como lo es la materia oscura.
Resumen en inglés
ABSTRACT: the theoretical and experimental success of the Standard Model since its inception in the 1930s is undeniable. Throughout this time, it has stood out for its predictive capacity, leading to an era of unparalleled experimental discoveries. However, the Standard Model faces several gaps that represent some of the most interesting theoretical challenges in particle physics. One of these challenges is the lack of a mechanism to explain the observed values of neutrino masses. With this in mind, the present work explores and studies, within the framework of quantum field theory, a neutrino mass model aimed at accounting for these masses in the context of physics beyond the Standard Model. The first part provides a brief introduction to key concepts in quantum field theory, along with the most important aspects of the nature of neutrinos (as known so far) and their implications for particle physics, both within and beyond the Standard Model. The model for generating neutrino masses at 1-loop level is presented in the second part, with new fields and discrete symmetries added to the Standard Model. To study this, its Lagrangian is defined, and the mass spectrum is calculated. Subsequently, the expression for the neutrino mass matrix is derived. With the mass matrix calculated, different allowed values for parameters such as Yukawa couplings and field masses are considering taking into account the constraints imposed by current established neutrino physics. Based on this, a preliminary phenomenological analysis is performed by studying different processes that can provide signals of physics beyond the Standard Model, such as the decay 𝐻 → 𝛾𝛾 and the lepton flavor violating process 𝜇 → 𝑒𝛾 . Finally, the obtained results are discussed and presented, along with a brief discussion of future perspectives for the work, such as exploring the consequences of introducing this model when investigating other hot topics in particle physics, such as dark matter.