Inclusión de nuevos fermiones en el Modelo Estándar de las Interacciones Fundamentales

Abstract

En el presente trabajo de tesis se estudia la posibilidad de incluir nuevos fermiones, leptones y quarks, en el Modelo Estándar de las interacciones fundamentales. En dicho modelo están incluidos los fermiones conocidos distribuidos en tres familias o generaciones. No existiendo ninguna razón teórica para esa cantidad, surgen las interrogantes, ¿es posible introducir nuevas generaciones conteniendo leptones y quarks hipotéticos? ¿podrían estos nuevos leptones y quarks tener cargas eléctricas diferentes a las que poseen los fermiones conocidos? Para responder esas interrogantes, consideramos la consistencia del Modelo Estándar a través del cancelamiento de las llamadas anomalías quiérales, que garantizan la renormalizabilidad del modelo dentro del marco teórico de la teoría cuántica de campos. Dicho cancelamiento en el Modelo Estándar involucra a los leptones y quarks conocidos, cancelándose dentro de cada generación leptón-quark. Teniendo presente dicho análisis, exploramos la posibilidad de incluir nuevos fermiones en el modelo. Así, se presenta la inclusión de las llamadas generaciones secuenciales conteniendo leptones y quarks, siendo simples replicas de las ya conocidas, además de considerar leptones y quarks con cargas eléctricas exóticas, agrupándolos en las llamadas generaciones no secuenciales. Haciendo uso de la propiedad de libertad asintótica de la Cromo dinámica Cuántica, se establece un límite en el número de posibles nuevas generaciones a ser incluidas en el Modelo Estándar. Del punto de vista fenomenológico, se establecen algunas posibles repercusiones de estos nuevos fermiones en diversos escenarios para la física más allá del Modelo Estándar, como por ejemplo en el gran colisionador de hadrones (LHC).