23-25 May 2016
Edificio Carolino, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Mexico/General timezone
Contribution Oral contribution
Materia oscura a través de portales de Higgs
Speakers
- Mr. Jorge Armando ARROYO
Primary authors
- Mr. Jorge Armando ARROYO (Instituto de Física, UNAM)
Description
La explicación de la materia oscura en el formalismo del SM requiere la introducción de campos/partículas adicionales
que interactúen con los campos del SM mediante algún mecanismo. El campo de Higgs $H$ es el único operador del SM que se puede
acoplar a un nivel (súper)renormalizable con campos adicionales y es, además, invariante de Lorentz, por lo cual
éste ocupa una posición privilegiada en la física de partículas. Consecuentemente, podemos admitir la construcción
de modelos en los que el Higgs se acople con sectores ocultos, i.e. sectores que no interactúan mediante las
fuerzas explicadas por el SM, proporcionando
candidatos viables a materia oscura. Los campos del sector oculto podrían ser estables y acoplarse débilmente con el sector del
Higgs del SM; tal escenario es prometedor, pues la materia oscura interactúa gravitacionalmente y si lo hace de alguna otra
forma se espera que, a lo más, lo haga débilmente. Este modelo está entonces en concordancia con la hipótesis cosmológica
de que la materia oscura fría (CDM, por sus siglas en inglés)
puede ser considerada compuesta de un tipo de partículas masivas débilmente-interactuantes
(WIMPs, por sus siglas en inglés).
El escenario planteado en el que la materia oscura interactúa sólo a través del Higgs con la materia conocida
se conoce como mecanismo de portales de Higgs. En estos modelos se construye
una extensión del sector del Higgs, introduciendo nuevos campos escalares $S$ y/o fuerzas adicionales basadas en simetrías locales
$U'(1)$ con sus respectivos vectores de norma $X_\mu$, y típicamente una simetría $Z_2$, impuesta sólo por estabilidad.(
Esta simetría impide interacciones peligrosas en la Lagrangiana tales como el ``renacuajo'' $\alpha S$ o la mezcla
cinética $F_{\mu\nu}G^{\mu\nu}$, con $G_{\mu\nu}=\partial_\mu X_\nu-\partial_\nu X_\mu$.)
Dado que, tanto $S$ como $X_\mu$ tienen dimensiones de masa, como el Higgs, en cuatro dimensiones acoplamientos del tipo
$$ X_\mu X^{\mu}H^\dagger H,\quad S^2 H^\dagger H$$
son renormalizables e invariantes de Lorentz, i.e. perfectamente admisibles. También, estos modelos se pueden generalizar para el caso de campos de norma no-abelianos.
En los portales de Higgs, la materia oscura se puede aniquilar y dar lugar a una partícula de Higgs, la cual decae
partículas del SM, tales como quarks y leptones. Este proceso de aniquilación es relevante fenomenológicamente, pues
conduce a señales que podrían haber sido o ser observadas.
Estos modelos han sido estudiados con detalle considerando sólo interacciones a nivel árbol, sin embargo, dado que los portales de Higgs incluyen varios parámetros en principio arbitrarios, es posible que algunas contribuciones
de mayor orden en teoría de perturbaciones resulten relevantes y modifiquen considerablemente los resultados previos.