La física de axiones será el eje del próximo coloquio del IFIC
A mediados de la década de 1970 se demostró que las interacciones fuertes tienen la potencialidad de violar la simetría materia-antimateria a través de procesos no perturbativos. Este fenómeno, sin embargo, nunca ha sido observado y con el paso de los años ha sido fuertemente acotado por los experimentos. Así pues, las interacciones fuertes podrían violar la simetría CP, pero no lo hacen. Matemáticamente esto es equivalente a que cierto parámetro libre de QCD tome valores muy cercanos a cero, a pesar de que podría tomar cualquier otro. A esta situación se la conoce como el problema CP fuerte, o más comúnmente en inglés, el strong CP problem.
Esencialmente, este problema se puede reducir a la pregunta de por qué la naturaleza ha elegido un valor próximo a cero para ese parámetro de QCD cuando, en principio, podría haber escogido cualquier otro. El “culpable”, desde luego, no es la naturaleza, sino la teoría matemática con que la describimos, y el problema CP fuerte es, por tanto, un problema de naturalidad en nuestra descripción. La teoría, desde este punto de vista, sería más satisfactoria si incluyese un mecanismo que obligara a ese parámetro a tomar valores pequeños, de forma que lo que observamos sea una predicción más en esa teoría ampliada.
No pasaron muchos meses desde que salió a la luz el problema CP fuerte hasta que se propusieron algunas posibilidades para “enmendar” la teoría. El modelo de Peccei-Quinn fue la más exitosa de esas propuestas. En él se añade al Modelo Estándar un nuevo campo escalar que se acopla a algunos de los fermiones y que porta una nueva simetría, la simetría de Peccei-Quinn. Al romperse espontáneamente esta simetría aparece una partícula con masa cuya dinámica cancela el término de QCD que viola la simetría CP. Esta partícula es el axión.
Aunque el modelo inicial de Peccei y Quinn está ya descartado experimentalmente, varias familias de herederos han tomado el testigo, y los axiones, o partículas muy similares a ellas, siguen siendo una forma elegante de entender por qué QCD no viola la simetría materia-antimateria. Estas partículas suelen tener masas pequeñas e interaccionan con los bosones de gauge de la teoría, como los gluones y los fotones, dependiendo de sus acoplamientos y de las propiedades de la simetría de Peccei-Quinn. En las últimas décadas también han ido ganando interés como posibles candidatos a materia oscura, dado que serían producidos en gran número en el universo primitivo y, aunque sus masas son muy pequeñas, existen mecanismos para drenarlos de energía cinética y convertirlos en partículas frías a nivel cosmológico.
Todos estas cuestiones son las que tratará el próximo coloquio del IFIC, que correrá a cargo del profesor Andreas Ringwald, del Deutsches Elektronen-Synchrotron de Hamburgo (DESY). El profesor Ringwald forma parte del personal de DESY desde hace tres décadas y su carrera se ha desarrollado en torno a la fenomenología de los procesos no perturbativos del Modelo Estándar y, más recientemente, la fenomenología de partículas ultraligeras más allá del Modelo Estándar y sus implicaciones cosmológicas. También está muy involucrado en algunas iniciativas que tratan de localizar estas partículas ligeras, como el helioscopio SHIPS o el experimento ALPS. Es desde 2013 miembro del Particle Data Group, y desde este mismo año miembro del comité científico de los Laboratorios Nacionales de Frascati, en Italia.
Podéis encontrar más información sobre el coloquio en Indico, donde también encontraréis el enlace para seguirlo a través de internet:
