Neutrinos de Dirac y sus implicaciones fenomenológicas

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se desarrolló un análisis de neutrinos de Dirac y sus diferentes predicciones sobre física más allá del modelo estándar. Se comienza con un análisis sistemático de las extensiones del modelo estándar con una simetría adicional de calibre (“gauge”) U(1) libre de anomalías, para generar masas de neutrinos de Dirac a nivel de un loop, lo que explica naturalmente sus valores pequeños. Se realiza un escaneo intensivo, buscando soluciones no anómalas, las cuales imponen condiciones no triviales al número y cargas de los nuevos estados. Estas soluciones dan lugar a masas de neutrinos escotógenos mediados por fermiones de Dirac o Majorana, mediante el operador eficaz de masas de Dirac con dimensión 5 o 6. Finalmente, se comentan las soluciones que no presentan fermiones quirales sin masa. A continuación, se muestran todas las realizaciones a un loop del operador de dimensión cinco para generar masas efectivas de neutrinos de Dirac usando una sola simetría local activa: U(1)B−L. Los modelos consistentes con los datos de neutrinos incluyen tres y cinco fermiones quirales, dos de ellos con el mismo número de leptones. Es posible arreglar sus cargas de B − L y el espectro escalar para tener un candidato de materia oscura. Se muestra el contenido de partículas y los términos del lagrangianos relevantes para cada uno de estos modelos. Posteriormente, se presenta un modelo con neutrinos de Dirac ligeros y fermiones de Majorana pesados como mediadores. El sector oscuro de este modelo está protegido por una simetría gauge oscura abeliana que también prohíbe las contribuciones de masa a nivel árbol. Igualmente, se propone una extensión del modelo con fermiones vector-like en la que los neutrinos derechos pueden termalizar en el plasma primordial y el bosón gauge adicional se puede producir directamente en los colisionadores. Los resultados actuales permiten establecer la condición MZ'/g' ≥ 40 TeV, mientras que los futuros experimentos de fondo de microondas cósmicos pueden probar todos los modelos no mínimos presentados aquí. Finalmente, el modelo Zee para los neutrinos de Dirac es uno de los modelos más simples que presenta masas de neutrinos de Dirac a un loop. Los nuevos escalares cargados permiten la presencia de interacciones no estándar de neutrinos con la materia. La naturaleza de Dirac y las masas radiativas de neutrinos están protegidas por una simetría gauge B−L. Se realiza un estudio completo del modelo y su fenomenología.