Neutralino
Neutralino
El neutralino es una partícula elemental hipotética de tipo fermiónico y eléctricamente neutra que aparece en algunas versiones de las teorías o modelos de partículas con supersimetría. El símbolo estándar de los neutralinos es N͂0 1 (el más ligero), N͂0 2, N͂0 3 y N͂0 4 (el más pesado) aunque ocasionalmente también se representan mediante {\displaystyle {\tilde {\chi }}_{i}^{0}}
(chi), donde {\displaystyle i} va de 1 a 4.
En cosmología, el neutralino se considera una posible WIMP, y por lo tanto buena candidata para resolver el problema de la materia oscura.
Según la supersimetría, las supercompañeras del bosón Z (zino), el fotón (fotino) y el bosón de Higgs (higgsino) tienen todas los mismos números cuánticos, así que se mezclan para formar neutralinos. Prácticamente indetectable, solo interactúa a través de la gravedad y de la interacción débil, no presentando carga eléctrica ni de color. Es un fermión y si existe y es estable (algo que se desconoce), podría tener una masa comprendida entre 30 y 5000 GeV/{\displaystyle c^{2}}
.
Axión
El axión es una partícula subatómica peculiar. Su existencia (todavía no demostrada) fue postulada por la teoría de Peccei-Quinn en 1977 para resolver el problema CP fuerte y así explicar la conservación de la simetría CP en el marco de la cromodinámica cuántica (QCD), suponiendo que sería una partícula de masa muy pequeña y sin carga eléctrica.
El nombre fue introducido por Frank Wilczek, coescritor del primer artículo que predijo el axión. Wilczek buscaba un nombre para la partícula, y mientras lavaba la ropa, se fijó en el nombre del detergente que estaba usando, "Axion", y decidió ponerle ese nombre a la partícula, ya que esperaba que "limpiara" el problema de la QCD con la simetría CP.
En cosmología, el axión se considera un buen candidato para resolver el problema de la materia oscura. También se especula con la posibilidad de que, bajo determinadas circunstancias, los fotones puedan convertirse temporalmente en axiones, lo que explicaría por qué los fotones de alta energía pueden atravesar largas distancias por el universo sin ser absorbidos por la radiación de fondo.
A finales de 2006, Piyare Jain y Gurmukh Singh publicaron el descubrimiento de una partícula de masa inesperadamente grande (6-20 MeV) y muy reducida vida (del orden de 10-13 segundos) que podría ser el tan buscado axión.
Estudios recientes han teorizado que, de existir los axiones, éstos tendrían una masa particularmente ligera, inferior a 10-7 eV.1 Esta característica reduciría drásticamente sus posibilidades de formar parte de la materia oscura, pues se espera que sea más pesada. Sin embargo un estudio en 2014 indica que los axiones podrían ser partes de la materia oscura.
Fotino
El fotino es una partícula elemental hipotética, predicha por las teorías de supersimetría, que sería una supercompañera del fotón, con número leptónico 0, número bariónico 0 y espín 1/2 (fermión), y de masa no nula. Junto con el zino y el higgsino, otras partículas supersimétricas hipotéticas compañeras del bosón Z y del bosón de Higgs, es uno de los constituyentes del neutralino.
El fotino podría ser descubierto con el acelerador de partículas LHC del CERN, actualmente en funcionamiento (julio de 2011).
Wino (partícula)
El wino es una partícula elemental hipotética supercompañera del bosón W (responsable de la interacción nuclear débil). Se clasificaría como fermión, al ser supercompañera del bosón W de acuerdo con la supersimetría. Tendría espín 1/2 y masa no nula. No ha sido detectado todavía. Hay esperanzas de que pueda ser detectado en el LHC, debido a la mayor potencia que tiene éste en comparación a otros aceleradores actuales.
Zino
El zino es una partícula elemental hipotética supercompañera del bosón Z (responsable de la interacción nuclear débil). Se clasificaría como fermión, al ser supercompañera del bosón Z, según estipula la supersimetría. Tendría espín 1/2 y masa no nula. No ha sido detectado todavía. Hay esperanzas de que pueda ser detectado en el LHC, debido a la mayor potencia que tiene éste en comparación a otros aceleradores actuales.
Gravitino
El gravitino es el compañero supersimétrico del gravitón, tal como se predice al combinar las teorías de relatividad general y supersimetría; por ejemplo, las teorías de supergravedad. Si existiese, es un fermión de spin 3⁄2 (con carga eléctrica 0) y por tanto obedece la ecuación de Rarita-Schwinger.
El campo del gravitino se escribe convencionalmente como ψμα con μ = 0,1,2,3 un índice de cuadrivector y α = 1,2 un índice de spinor. Para μ = 0 se obtendrían modos normales negativos, al igual que con todas las partículas sin masa de spin 1 o mayor. Estos modos no son físicos, y para la consistencia debe existir una simetría de gauge que cancele estos modos: δψμα = ∂μεα donde εα(x) es una función spinor del espaciotiempo. Esta simetría de gauge es una transformación de supersimetría local, y la teoría que resulta es la supergravedad.
Aunque el gravitino es un fermión que media en las interacciones de supergravedad, al igual que el fotón media en el electromagnetismo, y el gravitón media presumiblemente en la gravitación. Dondequiera que se rompa la sumersimetría en las teorías de supergravedad, adquiere una masa que es directamente la escala de ruptura de la supersimetría.
Como solución propuesta al problema de ajuste fino del modelo estándar, y para permitir la gran unificación, la escala de suptura de supersimetría tiene que ser bajada hasta el rango de los TeV. Entonces la masa del gravitino tiene que ser de este orden (a menos que haya una escala intermedia de ruptura SUSY), mucho más baja que la escala de Planck, la cual es la escala natural para las interacciones gravitatorias. Esta diferencia en las escalas de energía se conoce como el problema de jerarquía.
Tanto el gravitón como el gravitino no han sido detectados experimentalmente todavía.
Problema cosmológico del Gravitino
Si el gravitino tiene en verdad una masa del orden de TeV, esto crea un problema en el modelo estándar de cosmología, al menos en esencia.
Una opción es que el gravitino es estable. Este sería el caso si el gravitino es la partícula supersimétrica más ligera y la paridad R se conserva (o casi). En este caso el gravitino es un candidato para la materia oscura; tal como que los gravitinos habrán sido creados en un universo muy joven. Sin embargo, se puede calcular la densidad de los gravitinos y resulta que es mucho más alta que la que se observa en la densidad de la materia oscura.
La otra opción es que el gravitino es inestable. Por lo tanto los gravitinos mencionados arriba decaerían y no contribuirían a la densidad observable de la materia oscura. Sin embargo, como decaen únicamente por interacciones gravitacionales, su tiempo de vida sería muy largo, del orden de Mpl2 / m3 en unidades naturales, donde Mpl es la masa de Planck y m es la masa de un gravitino. Para una masa de gravitino del orden de TeV esto sería 105 segundos, mucho después que la era de nucleosíntesis. Al menos un posible canal de decaimiento debe incluir un fotón, un leptón cargado o un mesón, cada uno de los cuales tendría suficiente energía para destruir un núcleo de un solo golpe. Se puede demostrar se crearán suficientes partículas tan energéticas después del decaimiento como para destruir casi todos los núcleos creados en la era de nucleosíntesis, lo que va en contra de las observaciones. De hecho, si se hubiese dado tal caso, el universo estaría compuesto sólo por hidrógeno, y la formación de estrellas sería prácticamente imposible.
Una posible solución al problema cosmológico del gravitino es el modelo de supersimetría partida, donde la masa del gravitino es mucho más grande que la escala TeV, mas otros fermiones compañeros supersimétricos del modelo estándar aparecen a esta escala.
Otra solución es que la paridad R se viola ligeramente y el gravitino es la partícula supersimétrica más ligera. Esto provoca que casi todas las partículas supersimétricas en el universo temprano decaigan en el modelo estándar mediante paridad R violando las interacciones mucho antes de la síntesis de núcleos primordiales; una pequeña parte, sin embargo, decae en gravitinos, cuya semivida en órdenes de magnitud es más grande que la edad del Universo debido a la supresión del ratio de decaimiento por la escala de Planck y la pequeña violación de la paridad R.
Gluino
El gluino es una partícula elemental hipotética, supercompañero del gluón. Se clasificaría como fermión, pues el gluón es un bosón. Tendría espín 1/2 y masa no nula. Nunca ha sido detectado, pero el LHC podría ser capaz de detectarla, gracias su capacidad energética, mayor que la de cualquier otro acelerador de partículas.