Phenomenology of supersymmetric neutrino mass models

Resumen

El histórico descubrimiento de las oscilaciones del neutrino [1-5], que condujo al Premio Nobel de 2002, marca un momento crucial en la física de partículas y nuclear e implica que los neutrinos tienen masa. Hoy en día hay un activo campo de trabajo que trata las interdependencias entre estas disciplinas en las que el neutrino juega el papel central: la física de astropartículas. Gracias a la precisión adquirida por los experimentos más modernos ha sido posible determinar los valores de los parámetros que intervienen en las oscilaciones de sabor observadas en diversos escenarios [6], obteniéndose una concordancia total y conduciendo a la aceptación del mecanismo oscilatorio como el causante del fenómeno. Por ello, dado que el Modelo Estándar de la física de partículas no las incluye, es necesario ampliar nuestros horizontes, yendo más allá de la física establecida para explicar el origen de las masas de los neutrinos. Por otro lado, el Modelo Estándar presenta también ciertos problemas teóricos que nos hacen pensar que es una teoría incompleta. En particular, la sensibilidad de la masa del bosón de Higgs a la existencia de partículas pesadas requiere un ajuste muy fino para que dicha partícula se encuentre a la escala electrodébil. Este problema de naturalidad se conoce como "problema de la jerarquía". Muchas ideas han sido desarrolladas con el objetivo de solucionar este y otros defectos del Modelo Estándar. La más popular de ellas, supersimetría [7], proporciona una solución al problema de la jerarquía, al tiempo que cuenta con los elementos necesarios para acomodar nueva física. En el caso del sector leptónico, una simetría discreta, llamada Paridad R [8] y definida como Rp = (-1)^[3(B-L)+2s], con B y L los números bariónico y leptónico y s el espín de la partícula, juega un papel determinante. Tanto el origen de esta simetría como su conexión con la generación de masa de los neutrinos son temas que merecen ser investigados en profundidad. Finalmente, no debemos olvidar que estamos viviendo un momento de gran expectación en la física de partículas. La reciente puesta en marcha del LHC [9] provocará en breve la llegada de abundantes datos experimentales, entre los que se encontrará codificada una muy valiosa información sobre los componentes fundamentales de la naturaleza. Es nuestro deber estar preparados para clasificar, analizar e interpretar esta información, con el objetivo de aprender el máximo posible y así ampliar los horizontes de la física. En conclusión, la investigación realizada en esta tesis doctoral tiene como objetivo la caracterización de la masa del neutrino en teorías supersimétricas, tanto en modelos a baja como alta escala, y el estudio de la fenomenología resultante en colisionadores (como el LHC [9] o un futuro ILC [10,11]), física de astropartículas y cosmología [12-14].