Cómo las simetrías ocultas y las interacciones débiles moldean los neutrinos y la materia oscura
Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, el equipo del proyecto HIDDeN(se abrirá en una nueva ventana) buscó descubrir cómo funciona la naturaleza en su nivel más fundamental. La investigación se centró en los componentes invisibles del universo (los neutrinos y la materia oscura) y en el descubrimiento de las (a)simetrías ocultas que gobiernan estas partículas. «La misión final de HIDDeN era descubrir los aspectos ocultos del universo: por qué los neutrinos tienen masa, qué es la materia oscura y el desequilibrio entre bariones (materia) y antibariones (antimateria). Estos descubrimientos podrían construir una nueva versión ampliada del modelo estándar», señala la coordinadora del proyecto, Silvia Pascoli.
El papel de los neutrinos en los rompecabezas cósmicos
En HIDDeN se contribuyó significativamente al esfuerzo mundial de estudiar cómo los neutrinos podrían conectarse con la nueva física. Se contribuyó a experimentos clave que estudian las masas de los neutrinos, cómo cambian de tipo (mezcla) y las diferencias entre neutrinos y antineutrinos (violación de CP), factores que podrían explicar por qué el universo tiene más materia que antimateria. HIDDeN también jugó un papel central en las búsquedas de desintegración doble beta sin neutrinos, su objetivo era demostrar si los neutrinos son sus propias antipartículas. «Si se prueba, esto rompería una regla fundamental llamada conservación del número leptónico y ayudaría a los investigadores a comprender cómo los neutrinos obtienen su masa», explica Pascoli. «Exploramos las extensiones del modelo estándar para acomodar las masas de los neutrinos, centrándonos en simetrías ocultas y conexiones con otros problemas abiertos en la física», afirma Pascoli. «Además, analizamos datos experimentales para refinar las restricciones sobre los parámetros de oscilación de neutrinos, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre las masas y la mezcla de neutrinos». El equipo también actualizó las restricciones sobre los neutrinos estériles pesados y muy ligeros, investigando cómo los neutrinos podrían actuar como un portal a la física del sector oscuro.
Nuevos candidatos a materia oscura
En HIDDeN también se avanzó significativamente en la búsqueda de la materia oscura. Las búsquedas directas de esta masa indetectable a través de medios convencionales entran en una nueva era con el desarrollo de detectores de xenón a escala de toneladas, donde HIDDeN jugó un papel principal. «Si bien las partículas masivas de interacción débil (WIMP) alguna vez fueron el foco principal, las estrictas restricciones experimentales han desplazado la atención hacia otros candidatos a materia oscura en un rango de escalas de masa», destaca Pascoli. «La materia oscura axónica, por ejemplo, está ganando interés y se espera que nuevos experimentos mejoren significativamente la sensibilidad». Además, se están explorando activamente modelos que implican interacciones ocultas o materia oscura «congelada», que se basan en interacciones extremadamente débiles. «Propusimos nuevas explicaciones para la abundancia de materia oscura utilizando axiones y una teoría de campo efectivo avanzada para partículas similares a axiones para permitir una mejor interpretación de los datos experimentales y la identificación de nuevas señales», agrega Pascoli. Los investigadores también estudiaron si las interacciones de partículas masivas de interacción débil (WIMP) podrían tener un origen gravitacional y refinaron las restricciones de los modelos de materia oscura similares a las WIMP.
El colisionador busca partículas ocultas
HIDDeN amplió su método a las búsquedas de colisionadores de partículas, apuntando a nueva física vinculada a las masas de neutrinos, el problema CP fuerte y la materia oscura. El equipo optimizó los análisis para detectar las WIMP por debajo de la escala TeV, que a menudo pasan desapercibidos debido a su larga vida útil y sus señales sutiles. También se investigaron búsquedas de señales desplazadas, mientras que los candidatos a WIMP más ligeros, incluidos axiones, fotones oscuros y neutrinos estériles pesados, también se exploraron a través de observaciones astrofísicas y cosmológicas. «Los colisionadores son vitales para investigar la física a alta escala. Las herramientas de teoría de campos eficaces como la SMEFT ayudan a analizar desviaciones del modelo estándar, como anomalías de sabor, mientras que los colisionadores pueden producir las WIMP directamente a escalas más bajas. En HIDDeN se ha avanzado en métodos tanto teóricos como experimentales para descubrir estas partículas esquivas», concluye Pascoli.
