Exploring flavour at the energy frontier in the Little Higgs paradigm

Resumen

El Modelo Estándar de la Física de Partículas es una de las teorías más predictivas y elegantes de la historia de la Física. Explica cuáles son los constituyentes fundamentales de la materia y cómo son sus interacciones. Ha sido puesto a prueba en una gran variedad de escenarios y prácticamente todas las medidas experimentales están de acuerdo con sus predicciones. Sin embargo, en este marco teórico el bosón de Higgs es una partícula elemental. Esto hace que su masa sea muy antinatural ya que, no estando protegida por ninguna simetría, recibe correcciones cuadráticas de energías arbitrariamente altas y no hay razón teórica que justifique que el Higgs sea ligero. Es lo que se conoce como el problema de las jerarquías. Una de las soluciones más elegantes a este problema consiste en asumir que el bosón de Higgs, en lugar de ser elemental, es un estado compuesto de fermiones pesados y desconocidos ligados por un nuevo sector fuertemente interactuante. Esto está motivado por el tratamiento de los mesones en Cromodinámica Cuántica. Como consecuencia, a energías altas no hay bosón de Higgs ya que dichos fermiones pesados serían los constituyentes fundamentales de una nueva teoría que extendería al Modelo Estándar. Si esta idea se lleva a cabo en la Naturaleza se acabaría de raíz con el problema de las jerarquías. El paradigma de un Higgs compuesto puede ser llevado a cabo de múltiples maneras, dando lugar a una vasta familia de modelos. Uno de los marcos teóricos que más atención ha recibido ha sido el “Littlest Higgs model with T-parity”. En este modelo, la masa del Higgs no recibe correcciones cuadráticamente divergentes, lo que hace que el Higgs sea ligero de forma natural. Por otro lado, la T-paridad es una simetría discreta bajo la cual las partículas del Modelo Estándar son pares mientras que la mayor parte de las nuevas partículas son impares. Como consecuencia, las contribuciones de las nuevas partículas a observables de precisión están controladas. Dentro de este marco teórico estudiaremos transiciones fermiónicas con cambio de sabor. En particular, estaremos interesados en las contribuciones de un singlete leptónico pesado que puede ser tanto par como impar bajo la simetría discreta. Veremos que las contribuciones del singlete impar a desintegraciones del Higgs con leptones de diferente sabor en el estado final, y también a la masa de los neutrinos, no desacoplan en el límite en que la masa del singlete es muy pesada. Estas patologías no están presentes en el caso en que el singlete es par. Motivados por el comportamiento anómalo de este singlete, demostraremos que el “Littlest Higgs model with T-parity” no es invariante bajo el grupo local de simetrías. Como consecuencia, desarrollaremos un nuevo “Littlest Higgs model” que respeta la invariancia gauge. Para ello el grupo global de simetrías deberá ser extendido mínimamente con respecto al modelo original y será necesario introducir nuevos grados de libertad, tanto escalares como fermiónicos. Para mostrar explícitamente la viabilidad de este modelo impondremos cotas actuales a la masa de quarks exóticos; supondremos que el fotón oscuro, la partícula impar más ligera, da cuenta de toda la densidad de materia oscura del Universo; y que la masa de los nuevos escalares no supera el TeV. Esto fija el valor de ciertos parámetros del modelo y correlaciona otros, de modo que el espectro de partículas queda acotado inferior y superiormente, haciendo el modelo viable. Finalmente, estudiaremos los principales canales de desintegración de los nuevos escalares y veremos que su ritmo de desintegración es aproximadamente igual al del Higgs. Estos escalares son relativamente pesados y producidos por una interacción electrodébil por lo que no se espera que den lugar a señales apreciables en el LHC.