Los físicos de la Universidad de Washington en St. Louis han propuesto una forma de utilizar datos de neutrinos de energía ultraalta para estudiar las interacciones más allá del modelo estándar de física de partículas. El modelo 'Explosión Zee' aprovecha los nuevos datos de grandes telescopios de neutrinos como elObservatorio de neutrinos IceCube en la Antártida y sus futuras extensiones.
"Los neutrinos continúan intrigándonos y estirando nuestra imaginación. Estas 'partículas fantasmas' son las menos comprendidas en el modelo estándar, pero tienen la clave de lo que hay más allá", dijo Bhupal Dev, profesor asistente de física en Artes y Cienciasy autor de un nuevo estudio en Cartas de revisión física .
"Hasta ahora, todos los estudios de interacción no estándar en IceCube se han centrado solo en los datos de neutrinos atmosféricos de baja energía", dijo Dev, quien forma parte del Centro McDonnell de Ciencias Espaciales de la Universidad de Washington. "El mecanismo 'Explosión Zee' proporciona unnueva herramienta para probar interacciones no estándar utilizando los neutrinos de ultra alta energía en IceCube ".
eventos de energía ultraalta
Desde el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos hace dos décadas, que ganó el Premio Nobel de física 2015, los científicos han logrado un progreso significativo en la comprensión de las propiedades de los neutrinos, pero muchas preguntas siguen sin respuesta.
Por ejemplo, el hecho de que los neutrinos tengan una masa tan pequeña ya requiere que los científicos consideren teorías más allá del modelo estándar. En tales teorías, "los neutrinos podrían tener nuevas interacciones no estándar con la materia a medida que se propagan a través de ella, lo que afectará de manera crucial su futuromediciones de precisión ", dijo Dev.
En 2012, la colaboración de IceCube informó la primera observación de neutrinos de energía ultraalta de fuentes extraterrestres, que abrió una nueva ventana para estudiar las propiedades de los neutrinos a las energías más altas posibles. Desde ese descubrimiento, IceCube ha informado sobre 100 de estos ultraaltoseventos de neutrinos energéticos.
"Nos dimos cuenta de inmediato de que esto podría darnos una nueva forma de buscar partículas exóticas, como socios supersimétricos y materia oscura en descomposición", dijo Dev. Durante los años anteriores, había estado buscando formas de encontrar señales de nuevasfísica a diferentes escalas de energía y coautor de media docena de artículos que estudian las posibilidades.
"La estrategia común que seguí en todos estos trabajos fue buscar características anómalas en el espectro de eventos observados, que luego podrían interpretarse como un posible signo de nueva física", dijo.
La característica más espectacular sería una resonancia: lo que los físicos presencian como una mejora dramática de los eventos en una ventana de energía estrecha. Dev dedicó su tiempo a pensar en nuevos escenarios que podrían dar lugar a dicha característica de resonancia. De ahí surgió la idea deel trabajo actual vino de
En el modelo estándar, los neutrinos de energía ultraalta pueden producir un bosón W en resonancia. Este proceso, conocido como resonancia Glashow, ya se ha visto en IceCube, según los resultados preliminares presentados en la conferencia Neutrino 2018.
"Proponemos que se puedan inducir características de resonancia similares debido a la nueva luz, partículas cargadas, lo que proporciona una nueva forma de sondear interacciones de neutrinos no estándar", dijo Dev.
Irrumpiendo en la escena de neutrinos
Dev y su coautor Kaladi Babu en la Universidad Estatal de Oklahoma consideraron el modelo Zee, un modelo popular de generación de masa radiactiva de neutrinos, como un prototipo para su estudio. Este modelo permite que los escalares cargados sean tan ligeros como 100 veces el protónmasa.
"Estos escalares Zee cargados y ligeros podrían dar lugar a una característica de resonancia tipo Glashow en el espectro de eventos de neutrinos de energía ultraalta en el Observatorio de Neutrinos IceCube", dijo Dev.
Debido a que la nueva resonancia involucra escalares cargados en el modelo Zee, decidieron llamarlo 'Explosión Zee'.
Yicong Sui en la Universidad de Washington y Sudip Jana en el estado de Oklahoma, ambos estudiantes graduados en física y coautores de este estudio, realizaron simulaciones extensas de eventos y análisis de datos que muestran que es posible detectar una resonancia tan nueva utilizando los datos de IceCube.
"Necesitamos un tiempo de exposición efectivo de al menos cuatro veces la exposición actual para ser lo suficientemente sensible como para detectar la nueva resonancia, por lo que serían unos 30 años con el diseño actual de IceCube, pero solo tres años de IceCube-Gen 2", Dijo Dev, refiriéndose a la extensión propuesta de próxima generación de IceCube con un volumen de detector de 10 km3.
"Esta es una forma efectiva de buscar los nuevos escalares cargados en IceCube, complementarios a las búsquedas directas de estas partículas en el Gran Colisionador de Hadrones".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Talia Ogliore. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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