Grupo de Investigación en Sabor y Origen de la Materia

Descripción

Nuestra actividad investigadora tiene como principal objetivo dar respuesta a las preguntas abiertas en física de partículas y cosmología, que apuntan a la existencia de nueva física más allá del Modelo Estándar (ME). El origen de la masa y de la estructura jerárquica en el sector de sabor del ME siguen siendo un misterio. Es muy probable que se encuentren desviaciones del ME explorando la frontera de alta energía, en el LHC, donde esperamos desentrañar el mecanismo por el que las partículas adquieren masa.

El reciente descubrimiento del Higgs ha supuesto la confirmación del mecanismo básico del ME, pero el problema de las jerarquías sigue abierto. La exploración del sector de sabor leptónico es igualmente importante, dado que es en este sector donde ya se han encontrado las primeras pistas sobre un sector de nueva física, en la masa de los neutrinos. Un ambicioso programa experimental que incluye experimentos con haces de neutrinos producidos en aceleradores y reactores determinará las propiedades aún desconocidas de los neutrinos: la matriz de mezcla y la posibilidad de nuevas fuentes de violación de la simetría CP (que podrían ser la semilla de la asimetría bariónica del Universo), así como la estructura del espectro de neutrinos. La búsqueda de la desintegración beta sin neutrinos puede determinar si los neutrinos son partículas de Majorana.

Finalmente, muchas de las teorías más allá del ME predicen desviaciones significativas en observables de sector de sabor quark, que han sido y seguirán siendo medidos cada vez con mayor precisión en las fábricas de sabor.

En cosmología, un esfuerzo experimental igualmente ambicioso está en marcha, con el objetivo de clarificar preguntas fundamentales como el mecanismo de inflacción, la naturaleza de la materia oscura (MO) o el origen de la expansión acelerada. En particular, una mejora significativa en las medidas de la radiación de fondo (CMB) ha sido recientemente obtenida por el satélite PLANCK. Ya hay planes en marcha para la siguiente generación de experimentos de CMB (CMB-Pol, COrE). El experimento BOSS que empezó a tomar datos en 2009 ha definido ya un nuevo estándar en el estudio de la estructura a gran escala, midiendo el corrimiento al rojo de la luz de 1.5 millones de galaxias, lo cual constituirá el mapa 3D más extenso obtenido nunca. Estos experimentos ofrecerán una oportunidad única, y complementaria a los experimentos de partículas, para desentrañar la dinámica subyacente al ME.

El progreso en este campo será dictado por los nuevos datos, pero un esfuerzo teórico es tambien necesario para que este programa sea exitoso. Modelos que expliquen algunas, o idealmente todas, las preguntas sin respuesta deben ser identificados y confrontados con los experimentos de partículas y cosmología para ser confirmados, falsificados o constreñidos. Las predicciones de dichos modelos deben tener la precisión suficiente para no limitar el potencial de los experimentos. Esto es dificil en algunas áreas como la física de sabor quark, donde simulaciones numéricas intensivas son necesarias. También en cosmología, los efectos no lineales, los bias de galaxias y su evolución deben ser tenidos en cuenta para reducir los errores sistemáticos. Estas investigaciones pueden también guiar la optimización de experimentos futuros.

Objetivos CT

Nuestro objetivo es dar respuesta a las preguntas abiertas en física de partículas y cosmología.

Líneas de investigación

Fenomenología de neutrinos
El objetivo es diseñar y optimizar estrategias para determinar la matriz de masas de los neutrinos y testear modelos más allá del Modelo Estándar con neutrinos masivos.
Origen de la asimetría bariónica
Se estudian extensiones del modelo estándar que puedan explicar el origen de la asimetría materia-antimateria observada en el Universo, así como sus posibles implicaciones en experimentos.
Lattice Field Theory
La formulación de las teorías cuánticas de campos en un retículo espacio-temporal permite resolverlas a partir de primeros principios mediante simulaciones numéricas. Nuestro objetivo es aplicar este método a la física hadrónica en QCD y a teorías con ruptura dinámica de la simetría.
Física de astropartículas
Exploramos la física de neutrinos, antimateria y materia oscura en astrofísica. Más concretamente, estudiamos los neutrinos solares y el problema de la composición solar, el origen de los positrones en nuestra galaxia y las posibles señales de axiones como candidatos a la materia oscura.
Fenomenología de extensiones del Modelo Estándar
Construimos y analizamos las consecuencias fenomenolófgicas de modelos teóricos que resuelven algunos problemas abiertos del Modelo Estándar, por ejemplo la naturaleza de la materia oscura. En particular modelos supersimétricos.
Neutrinos en cosmología
Las medidas de la radiación cósmica de microondas, la estructura a gran escala del Universo y la abundancia de los elementos ligeros permiten extraer información muy valiosa sobre los neutrinos y otras reliquias del Big Bang, que podrían tener relación con la materia y energía oscuras.
Modelos con dimensiones extra
Se pretende estudiar las propiedades de extensiones del Modelo Estándar en más de 3+1 dimensiones y la posibilidad de construir modelos fenomenologicamente viables.