La búsqueda del monopolo electrodébil de Cho-Maison predicho por el modelo estándar

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En la electrodinámica cuántica (QED) el grupo U(1)em puede ser trivial, igual a SU(1), o no trivial, en cuyo caso las ecuaciones de Maxwell deben incluir un monopolo magnético de Dirac. En la teoría electrodébil (EW) el grupo SU(2)×U(1)Y se rompe en U(1)em gracias al mecanismo de Higgs; el origen de este U(1)em es una combinación del grupo U(1)Y, que puede ser trivial, y del subgrupo U(1) del grupo SU(2), que no es trivial y contiene un monopolo de ‘t Hooft-Polyakov. Por tanto, el grupo U(1)em tras la rotura de simetría electrodébil debe ser no trivial y el modelo estándar debe presentar un monopolo magnético electrodébil, llamado monopolo de Cho-Maison, que es una combinación de los monopolos de Dirac y de ‘t Hooft-Polyakov. En muchos libros se afirma, quizás a la ligera, que la teoría EW no predice ningún monopolo electrodébil porque en la rotura de simetría se puede hacer que U(1)em sea igual a U(1)Y, sin contenido alguno del subgrupo U(1) de SU(2); pero esta elección no es “natural” y no está justificada por ninguna razón física o matemática (salvo eliminar de forma explícita la existencia del monopolo). El monopolo electrodébil de Cho-Maison tiene una carga magnética (4π)/e, en lugar de (2π)/e como el monopolo de Dirac, porque su origen es el subgrupo U(1) de SU(2) que tiene periodo 4π en lugar de 2π. Usando una masa de 125 GeV para el bosón de Higgs, se estima que la masa del monopolo de Cho-Maison es de 3,85 TeV, sin tener en cuenta las correcciones cuánticas, que podrían subir esta masa hasta 6,72 TeV. La búsqueda de este monopolo con masa entre 4 y 7 TeV es la tarea emprendida por el experimento MoEDAL en el LHC que empezará a tomar datos en 2015 y se instalará junto a LHCb. Nos lo cuentan Y. M. Cho, J. L. Pinfold, “Electroweak Monopole Production at the LHC – a Snowmass White Paper,” arXiv:1307.8390, Subm. 31 Jul 2013.

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El experimento MoEDAL será el séptimo experimento del LHC y se instalará junto al detector de vértices (VELO) del experimento LHCb, en el punto 8 de cruce de haces. Su objetivo es buscar nueva física que se manifieste como partículas altamente ionizadas, como el monopolo de Cho-Maison (cuya ionización es unas 5000 veces mayor que la producida por un protón moviéndose a la misma velocidad). Se espera que inicie la toma de datos en 2015 cuando el LHC opere en modo colisiones protón-protón a 13 TeV c.m. (o en el mejor caso a 14 TeV).

Dibujo20130802 magnetic charge 14 tev pythia drell-yan monopolo 1000 gev lhc

Dibujo20130802 electric charge 14 tev pythia drell-yan monopolo 1000 gev lhc

Los monopolos electrodébiles tienen una gran carga magnética y son absorbidos muy rápido por la parte más interior de los detectores ATLAS y CMS, lo que impide su detección cuando tienen una carga eléctrica o magnética muy alta. El experimento MoEDAL explorará una región más grande de posibles parámetros, de hecho, gran parte del rango de posibles masas del monopolo de Cho-Maison será explorado por MoEDAL.

El monopolo, como el bosón de Higgs, es una predicción del modelo estándar. Aún así, creo que no es exagerado afirmar que su descubrimiento sería más revolucionario.

3 pensamientos en “La búsqueda del monopolo electrodébil de Cho-Maison predicho por el modelo estándar

  1. Hola Francis, después de leer el artículo me surgió una pregunta que no tiene que ver directamente con esto, pero se aproxima. En la teoría electrodébil, al unificar las interacciones electomagnética y nuclear débil tengo entendido que aparecen cuatro bosones mediadores vectoriales que son una combinación del fotón y de los bosones Z y los W, la pegunta es; ¿si esta interacción combinada actúa sobre un tipo de carga que es una combinación de la carga eléctrica y la carga de la fuerza nuclear débil, que si no entendí mal es algo así como una carga de sabor?
    Si esto es así, ¿no pasaría que las teorías GUT deberían unificar este tipo de carga con la carga de color? Y si esto es así, al tratar de unificar estas tres interacciones con la gravedad para conseguir una “Teoría del todo” y teniendo en cuenta que la carga del campo gravitatorio es la energía, o el tensor de energía-momento-tensiones, si es que no recuerdo mal. ¿No debería esta Teoría del Todo combinar, este tensor con las ante mencionadas cargas, eléctrica, sabor y color?
    Desde ya te agradezco la respuesta, te seguiré leyendo…..

    • Pablo, correcto, la idea de las GUT es unificar las cargas eléctrica (en realidad la hipercarga), débil y de color en una única carga unificada. Otra cuestión más complicada es la unificación con la gravedad en una teoría graviGUT o similar, ya que la gravedad no es una teoría gauge consistente (salvo al orden más bajo, pues al introducir correcciones de orden superior aparecen infinitos) y porque este tipo de teorías no incorporan de forma sencilla el modelo estándar en su parte GUT (como ocurre con las ideas E8 de Garrett Lisi). El gran problema es que todas las cargas (o mejor las constantes de acoplo) en las teorías gauge se pueden adimensionalizar, pero en la gravedad no es posible, luego no se puede “unificar” algo sin dimensiones con algo con dimensiones (hablando en un lenguaje muy simplificado).

      Las teorías de todo (TOE) como la teoría de cuerdas/teoría M tienen un único parámetro (la tensión de la cuerda) que no se puede interpretar como una “carga” apareciendo las cargas tras la rotura de la simetría (normalmente la teoría se rompe en una SUGRA, sin “carga unificada” y en una SUSY-GUT, con “carga unificada,” que a su vez se rompe en las interacciones del modelo estándar). No sé si me he explicado bien.

      Saludos
      Francis

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