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Las fábricas de neutrinos son una propuesta para medir los parámetros de oscilación de neutrinos con precisión máxima. No obstante, en dicho experimento se puede manifestar una degeneración en las soluciones encontradas. Dicha degeneración podría a llegar a ser de octavo grado, es decir, que existan ocho soluciones distintas que puedan describir las observaciones experimentales. El proyecto simuló una fábrica de neutrinos, y comprobó la existencia de dichas degeneraciones. Se propuso una solución, añadiendo canales de oscilación adicionales, además de un análisis espectral. Esto llevó a la publicación de un artículo en una revista indizada.
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While the three gauge forces, quarks and charged leptons have been extensively studied in collider experiments, neutrinos, dark matter, the Higgs boson and the hidden sector(s) remain largely unexplored. An ambitious experimental programme is underway to fully uncover their properties, with several ASYMMETRY members playing a key role in it. What are the new (a)symmetries underlying neutrino properties? the baryon asymmetry of the Universe? the asymmetric flavor pattern and its looming anomalies? the stability of Dark Matter? the existence of multiple particle generations? Are these issues connected? How can we reveal them and search for the new particles that they govern? For the first time, the questions of the hidden (a)symmetries of the invisible sector of Nature and their connections will be addressed using a multidisciplinary approach.
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En los últimos años, la comunidad de partículas elementales ha identificado un nuevo escenario por explorar en colisionadores: aquél de partículas con largo tiempo de vida. A diferencia de la mayoría de partículas inestables conocidas, tales como el bosón de Higgs, estas tienen un tiempo de vida suficientemente largo como para propagarse una distancia macroscópica antes de desintegrarse. Este tipo de partículas deja señales no-estándares en colisionadores, dependiendo de la parte del detector donde se desintegran. Esto significa que es necesario re-pensar las estrategias comúnmente utilizadas para detectarlas. En otras palabras, de existir, estas partículas podrían no ser detectadas, ya que nuestros detectores no están optimizados para ello. En este proyecto planteamos realizar una simulación rápida del detector CMS, del laboratorio CERN, con el objetivo de incorporar la fenomenología de partículas neutras con largo tiempo de vida. Esta simulación estará basada en el desarrollo de un código de C++ que reproduzca razonablemente la eficiencia y resolución de cada parte del detector, y su respuesta frente a la desintegración de estas partículas. Junto con esta simulación, buscaremos analizar distintos modelos que involucren partículas con largo tiempo de vida. Ejemplos importantes serán el Modelo Seesaw y la Supersimetría. Para aquellos casos donde las nuevas partículas se desintegren en fotones, el software actualmente disponible es suficiente, permitiendo que ambas facetas del proyecto se desarrollen en paralelo. Nuestro objetivo final será el de comparar distintas estrategias de detección, con el propósito de que alguna de estas sea eventualmente implementada por CMS.
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El proyecto estudió la dependencia de los ángulos de oscilación de neutrinos con respecto a la escala energética de interacción. Dicha dependencia se vuelve evidente a través del uso de ecuaciones de grupo de renormalización (RGE). Se comprobó que las RGE para el Modelo Estándar son distintas a las del Modelo Mínimo Supersimétrico. Se realizaron estudios preliminares sobre la posible observación de dichos efectos usando neutrinos de núcleos activos de galaxias. Dichos estudios fueron posteriormente retomados, en el 2009, y llevaron a la publicación de un artículo en una revista indizada.
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Este proyecto se enfocara tanto en aspectos teóricos como experimentales de la física/astrofísica de partículas (altas energías) incluyendo además aplicaciones. En la parte teórica de física de partículas, nos concentraremos en la búsqueda de señales de física más allá del Modelo Estándar que podrían develarnos indicaciones de física en la escala de Planck, o sobre cuáles son los modelos de generación de masa de neutrinos. En la parte experimental, desarrollaremos dos análisis: uno sobre medición de secciones de choque de procesos difractivos (ALICE-LHC) y el otro sobre el estudio de efectos nucleares a partir de la medición de la sección de choque inclusiva de corriente cargada de neutrino muónico (MINERvA-Fermilab). En la parte de astrofísica de partículas, nos dedicaremos a responder cuál es la composición de los rayos cósmicos así como a buscar los mejores ajustes de los modelos de campo magnético galáctico combinado con la estimación de posibles correlaciones entre neutrinos astrofísicos y rayos cósmicos. Por último, en la aplicación evaluaremos la capacidad de que una cámara web pueda actuar como dosímetro.
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Nuestro entendimiento sobre el Universo es aún incompleto, en este contexto los neutrinos son nuestra mejor conexión con la nueva física que explicaría lo que no conocemos aún. Esta propuesta se enfocará en estudiar señales de esta nueva física utilizando los datos de experimentos actuales en prospectiva con experimentos futuros, tales como DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment - Fermilab) entre otros. Para tener una mayor potencia en nuestras búsquedas de nueva física requerimos computación de alto rendimiento (HPC) como herramienta fundamental. Es pues también materia de esta propuesta la implementación de nuestros cálculos en entornos de nuevas tecnologías de HPC, tales como son las unidades de procesamiento gráfico. Este desarrollo, al margen de tener impacto en la generación de conocimiento de frontera, podría tener aplicaciones que vayan más allá de la ciencia fundamental.
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Ni el Modelo Estándar de Física de Partículas (SM) ni el Modelo Mínimo supersimétrico (MSSM) incluyen un mecanismo para generar masas de neutrinos. Es importante entonces considerar qué modificaciones fenomenológicas podrían aparecer al incluirlo. Por ejemplo, es sabido que la introducción de nuevos neutrinos pesados en el MSSM, llamado SUSY-Seesaw, implica necesariamente nuevos procesos de baja energía, asociados a la violación de sabor leptónico. En este trabajo, buscaremos desarrollar las implicancias de un SUSY-Seesaw en la escala electrodébil. De tener neutrinos pesados con masas alrededor de esta escala, se esperaría que la fenomenología de SUSY, a alta energía, sea afectada. En particular, se estudiará la modificación de procesos de desintegración de charginos, donde los neutrinos pesados podrían aparecer. Para ello, se pretende implementar el SUSY- Seesaw utilizando el programa SARAH, desarrollado en la Universidad de Würzburg. Con esto, se estudiará la fenomenología del modelo con los programas MadGraph y Pythia, y llevar a cabo una estimación realista de los eventos observables. El proyecto involucrará a estudiantes de postgrado de la PUCP y Würzburg. Un segundo aspecto de este trabajo involucra las correcciones cuánticas a las masas de los neutrinos ligeros. Dichas correcciones imponen fuertes restricciones a modelos de Seesaw, sin SUSY, en la escala electrodébil. No obstante, hasta la fecha no se ha llevado a cabo un estudio análogo en el SUSY-Seesaw, donde esperamos que las propiedades supersimétricas del modelo controlen las correcciones. Buscaremos calcular estas correcciones a un loop, manualmente, e implementarlas en programas de FORTRAN y Mathematica. Una vez conocidas las condiciones para reducir las correcciones cuánticas, se buscará reproducir dicho espectro usando el programa SPheno, también desarrollado en Würzburg. Con este, se calcularán además predicciones para observables de violación de sabor leptónico.
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El objetivo del proyecto es estudiar los componentes últimos de la materia y las interacciones entre los mismos. Para ello hemos definido dos grandes líneas de investigación que vamos a desarrollar en los próximos años: A. QCD no perturbativa, y B. Interacciones débiles en el Modelo Estándar y sus extensiones. Por lo que respecta a B, estudiaremos las propiedades de los neutrinos y la violación del sabor leptónico (determinación de la capacidad de los experimentos para obtener con precisión los parámetros menos conocidos de las mezclas y masas de neutrinos, análisis de los datos de los telescopios de neutrinos, estudio de modelos de masas de neutrinos generadas radiativamente, uso de teorías efectivas para analizar la posible violación del número leptónico total), estudiaremos también el sector de Higgs estándar y ampliado con nuevos bosones escalares (modelos con dos dobletes escalares, determinación de los acoplamientos trilineales de los escalares), momentos dipolares de fermiones (análisis general usando lagrangianos efectivos y modelos explícitos, estudio del momento dipolar débil del quark top, momentos magnéticos de neutrinos en contextos astrofísicos y cosmológicos), nueva física en LHC y futuros aceleradores (análisis de los resultados del LHC en diversas extensiones del SM, correlaciones de momentos de multiplicidades en colisiones protón-protón en presencia de un sector oculto), problemas del sabor (clasificación de los diferentes modelos BSM con respecto a su estructura de sabor, análisis de los datos sobre corrientes neutras con cambio de sabor y su relación con las simetrías de sabor, simetrías discretas), impacto de la física de partículas en astrofísica y cosmología (análisis de las fuentes de incertidumbre en la detección de materia oscura, inflación térmica en modelos supersimétricos, bariogénesis y leptogénesis en contextos supersimétricos, gravedad en presencia de constante cosmológica, producción de materia oscura en el LHC).
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