Historia o antecedentes del Grupo.

e
El Grupo de Fenomenología de las Interacciones Fundamentales (GFIF)
del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia ha estado
trabajando en varios aspectos de la física de partículas por más de 20
años. Las actividades de
investigación del Grupo giran alrededor de los resultados
experimentales en el área de Física de Altas Energías. A lo largo de su historia el grupo ha publucado 80 artículos en revistas internacionales. Entre los
logros, resaltando los de los últimos tres años tenemos.

• Se ha encontrado que los efectos de sabor son importantes, y deben ser tenido en cuenta en los estudio de leptogénesis (Nardi:2006fx). Este artículo ha abierto una importante línea de investigación conectada con la posibilidad de tener resultados cuantitativos para la generación de la asimetría necesaria para explicar el exceso de materia sobre antimateria en el Universo, en particular (Nardi:2007jp). En esta misma línea se han publicado artículos en algunas las revistas de mayor impacto en Física: un artículo en Physcal Review Letters (Engelhard:2006yg) y un Physics Reports (Davidson:2008bu).

Una forma directa para cuantificar el impacto en la comunidad científica de los resultados en investigación básica, es por medio del número de citaciones a las que da origen una determinada publicación. Las publicaciones en leptogénesis por parte del Grupo (Nardi:2006fx,Nardi:2007jp,Engelhard:2006yg,Davidson:2008bu,AristizabalSierra:2009bh) han acumulado 275 citaciones y constituyen referencias fundamentales para todos los estudios más recientes en el tema de leptogénesis.

De otro lado, el hecho que los investigadores principales son reconocidos expertos en los tópicos específicos del proyecto, ha permitido organizar uno de los mejores \emph{workshops} en leptogénesis a nivel mundial, como los testifican las cartas de los invitados internacionales y ha atraído un grupo de expertos de varios países del mundo los cuales han trabajado e interactuado por cinco días en las intalaciones del Recinto Quirana (Antioquia) con profesores y estudiantes colombianos. Eventos científicos de este tipo son de gran impacto para la comunidad científica del país, favorecen el establecimientos de colaboraciones internacionales y representan una etapa de gran importancia en la formación de estudiantes.

Además el reconocimiento internacional del nivel de excelencia alcanzado en estos tópicos se refleja en un relevante número de invitaciones para entregar charlas en conferencias internacionales, invitaciones que no pueden ser aceptadas en todos los casos, por limitaciones de tiempo y recursos.

• Se ha logrado tener prioridad y ser reconocido como uno de los primeros en postular una interpretación del exceso de rayos cósmicos de electrones y positrones reportados recientemente por diferentes experimentos de rayos cósmicos, en términos de materia oscura que decae (Nardi:2008ix), y ha continuado trabajando en ésta línea (AristizabalSierra:2009zq)
• Hemos participado en los desarrollos fenomenológicos del modelo estándar mínimo supersimétrico con violación bilineal de paridad R. Un modelo que explica los datos actuales de física de neutrinos. Después de que la fenomenología de este modelo se ha estudiado extensivamente por varios grupos en el mundo, se ha pasado a una fase de simulación de las señales para el Tevatron y el LHC (deCampos:2008ic). Estas simulaciones ya han rendido sus frutos pues se han creado grupos de trabajo en las colaboraciones LHCb (wikilhcb) y ATLAS (wikiatlas) para implementarles dentro de sus agendas de búsqueda. También se han venido estudiando las implicaciones fenomenológicas de otros modelos de masas de neutrinos (Sierra:2008wj,AristizabalSierra:2006ri,AristizabalSierra:2008ye,zapata).

• Se ha venido trabajando en extensiones gauge del modelo estándar y sus implicaciones en aceleradores (Herrera:2008yf). Se ha logrado formular una extensión del grupo gauge del modelo estándar que ahora se conoce en la literatura como el modelo 3-3-1 económico (Giraldo:2009yi).

Se ha logrado culminar con éxito dos proyectos de Colciencias iniciados en enero de 2007 (ver ficha técnica). Con estos proyectos se ha dado apoyo económico a dos estudiantes de doctorado y tres de maestría, se han estrechado los lazos de colaboración con dos Grupos nacionales con los cuales fueron desarrollados los proyectos, se financiaron pasantías de estudiantes y profesores en el exterior, y visitas de colaboradores internacionales al instituto. Además, con estos proyectos se apoyo parcialmente los eventos organizados recientemente por el Grupo. Así mismo, están en desarrollo tres proyectos de mediana cuantía.

Hemos sido parte de la colaboración "High Energy LatinAmerican-European? Network" (HELEN) (helen), la cual culminó en abril de este año. En el marco de esta red para el apoyo de movilidad entre varios países de latinoamérica y Europa, se realizaron varias pasantías de estudiantes y profesores a Argentina, México, Suiza, España e Italia.

Se ha participado en la organización de dos eventos internacionales desde el 2007 (leptowork,cernsch), con la participación de estudiantes de pregrado y posgrado del Instituto.

Históricamente el Grupo ha desarrollado decenas de
proyectos de investigación exitosamente, y ha obtenido distinciones y
premios de excelencia de Colciencias y otras instituciones. El Grupo
ofrece formación a nivel doctoral desde 1997 y a la fecha ha graduado
a 5 doctores. El Grupo continua trabajando en el programa de Maestría
donde ha graduado a más de 30 estudiantes, desde los comienzos del
programa en la Universidad de Antioquia.

Visión del Grupo u Objetivos

El Grupo de Fenomenología de Interacciones Fundamentales busca realizar investigaciones científicas de excelencia en su área, con alto impacto en la comunidad científica, de manera que permita formar estudiantes a nivel de pregrado y posgrado con con una rigurosa formación en investigación, que puedan hacer aportes significativos en el sector académico y, eventualmente, en otros sectores de la sociedad.

Objetivos

• Proponer modelos que tengan consecuencias medibles en los experimentos presentes y futuros, y estar preparado para interpretar cualquier evidencia que resulte del Higgs o nueva física a la luz de los modelos que viene desarrollando el Grupo.

• Formar talento humano con capacidad de hacer investigación científica al más alto nivel. Para ello es prioritario que nuestro Grupo siga produciendo productos de gran impacto en la comunidad mundial de física de altas energías con participación de nuestros estudiantes. Aunque de momento los doctores que formamos son rápidamente reabsorbidos en el ámbito académico, esperamos que a futuro, como pasa en otros países donde profesionales de este tipo son muy apreciados en empresas de innovación tecnológica, los nuestros puedan llegar a hacer aportes significativos a otros sectores de la sociedad.

Metas y principales actividades

Actualmente se encuentra funcionado el acelerador Tevatron en Fermilab en Estados Unidos. Este acelera protones y antiprotones a una energía de 1 TeV, y se espera que siga funcionado por 2 años más. A finales de este año se espera que entre en funcionamiento el acelerador LHC en el CERN en la frontera entre Francia y Suiza. Este acelerará protones en ambos sentidos a una energía que alcanzará hasta los 14 TeV. La mayoría de los experimentos conducidos son hechos en grandes instrumentos llamados detectores. Por ejemplo el LHC tiene 4 detectores. A corto plazo se espera una era de nuevos descubrimientos después de la puesta en funcionamiento del LHC.

A nivel de detección de radiación cósmica tenemos el satélite PAMELA para detección de rayos cósmicos de electrones, positrones, antiprotones, y núcleos livianos. En agosto del año pasado PAMELA reporto una abundancia anómala de positrones (pamela), que ha dado lugar a un sinnúmero de publicaciones tratando de explicar su origen. Fermi-LAT es otro satélite para la detección de rayos cósmicos que también estará funcionando durante los próximos años. En sus primeras medidas (fermi) también ha reportado una abundancia anómala de positrones y electrones. El satélite Planck fue lanzado en mayo, y desde julio se encuentra en pleno funcionamiento. Con los datos obtenidos de este experimento se espera medir la radiación cósmica de fondo con mucha más precisión que su antecesor WMAP. Además esta el experimento Auger en Argentina que detecta rayos cósmicos de ultra alta energía que alcanzan a llegar a la superficie terrestre.

También hay varios experimentos de física de neutrinos en marcha que esperan mejorar los datos actuales de oscilaciones de neutrinos, determinar el ángulo de mezcla , del cual actualmente solo hay cotas, y si este resulta ser diferente de cero, buscar evidencia de violación de CP en el sector de neutrinos, un ingrediente crucial para generar bariogénesis a través de leptogénesis.

Esto representa un escenario muy dinámico donde el Grupo debe estar preparado para interpretar cualquier evidencia que resulte del Higgs o nueva física a la luz de los modelos que viene desarrollando.

La principal actividad del Grupo se centra en proponer modelos que tengan consecuencias medibles en algunos de estos experimentos, y encontrar modelos que expliquen los resultados de cualquiera de ellos.

Se espera que entre los resultados de los próximos años del LHC, no solo esté el del descubrimiento del Higgs, sino también de alguna señal de física más allá del modelo estándar que explique los problemas teóricos asociados con el Higgs. En los próximos años también se espera que los experimentos de detección de rayos cósmicos entreguen una evidencia definitiva de materia oscura.

Corto plazo 2009-2010

A corto plazo se esperan grandes descubrimientos en el área de física de altas energías, en particular desde el LHC, el acelerador que comenzará a funcionar a finales de este año. A partir de la puesta en funcionamiento del LHC entraremos en una nueva era de la física que, de obtener los resultados esperados, combinaría los descubrimientos de nuevas partículas, a los cada vez mejor establecidos resultados de física de neutrinos y observaciones cosmológicas. De especial importancia es el nuevo paradigma científico que surgirá de la combinación de todos esos resultados experimentales. Por ejemplo el descubrimiento en el LHC de la partícula escalar elemental predicha por el Modelo Estándar, establecería finalmente las teorías gauge locales, y en especial aquellas con rompimiento espontáneo de simetría como el principio fundamental para describir las interacciones subatómicas, redondeando décadas de desarrollo científico. Se espera que esto tenga un impacto en la enseñanza de la física a todos los niveles. Además un descubrimiento de este tipo, que implicaría por primera la existencia de una partícula escalar elemental, daría un mejor fundamento teórico a los modelos inflacionarios en cosmología y a la interpretación de la energía oscura como la causante de la expansión acelerada del Universo. El otro escenario posible en el que no se encuentre al Higgs del modelo estándar, debe dar lugar a datos experimentales suficientes para dilucidar cual es el realmente el mecanismo de ruptura de la simetría electrodébil. En cualquiera de los dos escenarios nuestro Grupo puede participar activamente.

Nos hemos puesto como una meta prioritaria que en Colombia se sigan realizando eventos de nivel internacional en el área de física de altas energías con una periodicidad anual. El próximo evento a organizar en colaboración con los otros grupos de altas energías del país será un Workshop sobre fenomenología de partículas escalares.

Uno de los investigadores más importantes del Grupo, el Profesor Enrico Nardi, se vio obligado a renunciar a su cargo de profesor de Medio Tiempo en la Universidad de Antioquia en abril del 2009, debido a su posición como profesor de investigación del Instituto Nacional de Física Nuclear en el Laboratorio Nacional de Frascati en Italia. Sin embargo, esperamos que el pueda seguir participando en el Grupo en calidad de investigador asociado y pueda presentar proyectos como investigador principal y coinvestigador. Las actividades dentro de esos proyectos que requieran de su presencia en la institución esperamos que las pueda realizar como profesor visitante durante tres meses al año. El profesor Enrico Nardi ya se encuentra realizando su primera estancia como profesor visitante del 4 julio al 4 de septiembre y esperamos que la próxima estancia la pueda realizar entre marzo y julio del 2010. La combinación de investigador asociado y profesor visitante le permitirá mantener un vínculo permanente con la Universidad de Antioquia para todo lo relacionado al reconocimiento de las labores de investigación y docencia asociada a los proyectos del Grupo. Para todos los efectos, esto es equivalente a una figura de Profesor Adjunto: una figura bastante usada en el ámbito académico para fortalecer las colaboraciones científicas e interinstitucionales, mediante la cual un profesor puede usar permanente una doble afiliación pero sólo recibe remuneración de la segunda institución durante los períodos en la que permanece en ella, en este caso, como profesor visitante.

Así mismo, es prioritario para el Grupo reemplazar la vacante dejada con un profesor que pueda asumir compromisos similares en investigación, y formación de estudiantes de maestría y doctorado.

Apoyar a los miembros no activos del Grupo a que se vinculen a las actividades de investigación.

Mediano Plazo 2011-2013

Contar con proyectos de financión externa que nos permita ofrecer a los estudiantes de posgrado una financión adecuada para adelantar sus estudios.

Poder ofrecer becas postodoctorales que le permiten disponer al grupo de personal de apoyo a las labores de investigación.

Continuar con la realización de eventos en colaboración con las otras instituciones del país.

En el ambito científico esperamos aportar a la consolidación de los descubriemtos que se obtengan en el LHC. En particular en la determinación de las propiedas del Higgs y de otras partículas que se descubran.

Disponer de una nueva plaza de profesor que fortalezca las líneas de investigación del Grupo

Se espera que el Instituto pueda disponer de una plaza para ser usadas como profesores visitantes para el Instituto que puedan participar permanentemente como investigadores asociados a los grupos.

Como el profesor William Ponce esta considerando la posibilidad de jubilarse a mediano plazo, y el profesor Huachuan Wu espera consolidar su Grupo, para el Grupo es prioritario reponer esas plazas para mantener su competitividad.

Largo Plazo 2014-2016

Como la Universidad de Antioquia tiene entre sus metas ser una de las mejores universidades de Latinomerica para el 2016, esperamos que para entonces exista la infraestructura y los recursos necesarios para competir internacionalmente con el ofrecimiento de becas de posgrado y postdoctorado que potencien la internacionalización del Grupo.

Estas preparados para la nueva generación de aceleradores de partículas, en particular para el International Linear Collider.

Infraestructura Física.

Oficina 6-435:

Se encuentra en buenas condiciones, tiene buena iluminación pero le falta pintura. Cuenta con:

• 4 escritorios.
• 2 estantes de madera para papelería.
• 1 mesa pequeña para la impresora.
• 1 mueble con cajones en madera.
• 2 archivadeores de metal.
• 1tablero acrílico grande.
• 5 sillas en buenas condiciones
• 1 aire acondicionado.
• 6 toma-corrientes expuestos (por fuera de la pared) y en regulares condiciones.

Oficina 6-218:

Se encuentra en buenas condiciones, tiene buena iluminación y bueba pintura. Cuenta con:

• 3 escritorios.
• 2 bibliotecas.
• 1 mesa para impresora.
• 1tablero acrílico grande.
• 6 sillas en buenas condiciones
• No tiene aire acondicionado.
• 1 ventilador de piso.
• 8 toma-corrientes expuestos (por fuera de la pared) y en buenas condiciones.

OFICINA 6-214:

Se encuentra en buenas condiciones, tiene buena iluminación pero le falta pintura. Cuenta con:

• 4 escritorios.
• 2 bibliotecas.
• 1 mesa.
• 3 archivadeores de madera.
• 1tablero acrílico grande.
• 5 sillas en buenas condiciones
• 1 aire acondicionado.
• 1 gaveta pequeña de metal.
• 3 toma-corrientes expuestos (por fuera de la pared) y en buenas condiciones.

Oficina 6-407:

Estudiantes de doctorado.

Se encuentra en buenas condiciones, tiene buena iluminación pero le falta pintura y tiene poca ventilación. Cuenta con:

• 1 escritorio modular (capacidad para 8 personas).
• 3 bibliotecas (pertenecientes a GFIF).
• 1tablero acrílico grande.
• 9 sillas en regulares condiciones.
• No tiene aire acondicionado.
• 12 gavetas pequeña de madera en regulares condiciones.
• 10 toma-corrientes expuestos (por fuera de la pared) y en buenas condiciones.

Oficina 6-403:

Estudiantes de maestría.

Se encuentra en buenas condiciones, tiene buena iluminación pero le falta pintura y su sistema de ventilación es regular. Cuenta con:

• 1 escritorio modular (capacidad para 10 personas).
• 1 tablero acrílico grande.
• 12 sillas en buenas condiciones.
• No tiene aire acondicionado.
• 11 gavetas pequeña de madera en regulares condiciones.
• 5 toma-corrientes expuestos (por fuera de la pared) y en buenas condiciones.

Equipos:

• 15 computadores
• 2 portatiles
• 1 impresora laser a color, 1 impresora laser, 1 impresora multifuncional, 3 impresores de inyección

Recurso Humano

• Diego Restrepo. Investigador Principal.
• Enrico Nardi. Investigador Asociado.
• William Ponce. Investigador.
• Jesús Mira. Investigador.
• Huachuan Wu. Investigador.
• Daniel Jaramillo. Investigador.
• Nelson Vanegas. Investigador.

Además de reemplazar las plazas del profesor Enrico Nardi y en el mediano o largo plazo la del profesor William Ponce, para potenciar las líneas de investigación del Grupo se solicita que una plaza de un profesor jubilado que no pertenezca a ningún grupo, quede comprometida para GFIF. Así mismo a largo plazo se solicita que una de las plazas previstas en el Plan de Desarrollo de la Universidad de Antioquia quede asignada al Grupo.

Se espera además que a largo plazo, en al Universidad se creen los mecanismos adecuados que posibiliten la contratación de personal de investigación en la modalidad de contratos posdoctorales.

Líneas de Investigación

Extensiones gauge del modelo estándar

Los modelos que extienden el sector gauge débil del modelo estándar, como los modelos (como los modelos 3-3-1), predicen nuevos bosones gauge y fermiones que podrían observarse muy rápidamente en el LHC.

Se trabaja básicamente en tres temas: Modelos 3-3-1, ceros de textura en matrices de masa para los quarks y estabilidad de potenciales escalares para teorías gauge. En esta línea trabajan dos estudiantes de doctorado y como colaboradores externos participan Juan Bautista Florez en Pasto y con Alberto Sánchez en la Universidad Nacional, seccional Medellín.

En modelos 3-3-1 se están estudiando modelos sin cargas eléctricas exóticas para tres y cuatro familias (Salazar:2007ym,zapata). Hay un total de ocho modelos diferentes para tres familias y trece modelos diferentes de cuatro familias. La fenomenología de la gran mayoría de esos modelos no ha sido elaborada. Es intención de nuestros investigadores explorar algunos de esos modelos.

En ceros de textura, es bien conocido a la fecha que tres ceros de textura en las matrices de masas de los quarks no significa nueva física, ya que dichos ceros se pueden obtener mediante transformaciones de Weak Basis. Mas de tres ceros de textura implican nueva física. El trabajo que estamos adelantando es considerar la física que implicaría una textura de cuatro ceros y la posibilidad de obtener texturas de cinco ceros.

En la literatura se afirma que seis ceros de textura son inconsistentes con la numerología conocida a la fecha (masas de quarks y ángulos de mezcla). Es nuestra intención verificar la veracidad de esta afirmación.

Haciendo uso de nuevas técnicas matemáticas, hemos estudiado el la estabilidad del potencial escalar en los modelos 3-3-1 con dos tripletes de escalares (Giraldo:2009yi). Pensamos extender este estudio a el caso de tres tripletes en los modelos 3-3-1 y en un futuro próximo al modelo derecho-izquierdo simétrico.

Leptogénesis

El grupo ha sido protagonista mundial en los desarrollos teóricos que permitan explicar la abundancia de materia sobre antimateria a través de leptogénesis. En (Nardi:2006fx) se estableció que los efectos de sabor en leptogénesis son de gran importancia y deben ser tenidos en cuenta. Esto ha dado lugar a un resurgimiento del estudio de varios aspectos relacionados con leptogénesis por varios grupos de investigación del mundo. En 2007 se logró reunir a muchos de estos expertos en un Workshop sobre el tema (leptowork).
La cantidad de nuevos resultados sobre efectos de sabor en leptogénesis y su impacto en el área ha dado lugar a un artículo de revisión en la revista Physics Reports (Davidson:2008bu). Sin lugar a dudas esta línea de investigación ha dado gran visibilidad internacional al Grupo y continúa desarrollándose vigorosamente dentro del Grupo con un estudiante de doctorado y otro de maestría que trabajan en esa línea. Los últimos esfuerzos se basan en aprovechar los nuevos efectos de sabor para formular modelos de leptogénesis que puedan tener implicaciones en aceleradores como el LHC (AristizabalSierra:2009bh).

En esta línea se continuará estudiando modelos que permitan leptogénesis a bajas escalas, concentrandonos en particular en mecanismos de leptogénisis suave y posibles señales directas del mecanismo viables en el LHC. Nos enfocaremos en las correlaciones entre efectos de sabor y equilibración de sabor leptónico, y en asimetrías de CP inducidas térmicamente que en conjunto con los efectos grandes de espectador, que caracterizan los regímenes de baja temperatura, parecen indicar la posibilidad de grandes mejoras inesperadas de la eficiencia de la leptogénesis. Mientras pasos preliminares en el entendimiento de estos efectos ya se han hecho, en particular por nuestro Grupo (AristizabalSierra:2009bh), algunas piezas importantes todavía faltan. Se espera desarrollar un análisis completo, el cual podría incluir simultáneamente todos los efectos nuevos. Algunos de los efectos que pretendemos investigar no son específicos sólo a leptogénesis suave, sino que en general pueden afectar otros modelos de leptogénesis de escala baja, y podrían ser cruciales para establecer cuantitativamente su viabilidad. Una vez el espacio de parámetros de modelos exitosos sea establecido, el siguiente paso será inferir si se puede predecir alguna de las señales específicas que podrían detectarse en el LHC.

Supersimetría

Supersimetría se ha establecido como una extensión importante al modelo estándar porque ofrece una explicación para el mecanismo de ruptura espontánea de simetría y tiene una predicción muy concreta para la masa del Higgs. La búsqueda de partículas supersimétricas es una de las áreas prioritarias en la agenda del LHC. Contrario al modelo estándar, en supersimetría se pueden explicar las masas y mezclas de neutrinos. El modelo supersimétrico más simple para dar cuenta de los resultados experimentales de física de neutrinos, es el que se conoce en la literatura como el modelo estándar supersimétrico mínimo con ruptura bilineal de la paridad R (BRpV, de sus siglas en inglés). En modelos ya tan estudiados teóricamente como éste, la siguiente fase, en la que hemos sido protagonistas desde el primer momento (deCampos:2008ic), es la de realizar simulaciones de las señales relevantes en aceleradores como el LHC. Como un logro de este esfuerzo es el hecho de que diferentes experimentos del LHC ya han conformado grupos de trabajo que están implementando la búsqueda de las señales propuestas con clara referencia a nuestros trabajos. Tal es el caso de los grupos de trabajo de la colaboración ATLAS (wikiatlas), y la colaboración LHCb (wikilhcb). En esta línea se ha culminado exitosamente un proyecto del Colciencias en abril de este año.

Para esta propuesta planeamos continuar con el estudio sistemático, a través de simulaciones, de señales específicas del modelo bilineal de ruptura de paridad R para el LHC. Se hará énfasis en observables del LHC que puedan ser correlacionados con medidas de experimentos de física de neutrinos. En particular, con los colaboradores de los grupos de Jose Valle en Valencia y de Oscar Eboli en Sao Paulo, se espera determinar el nivel de precisión con el que se puede llegar a medir el cociente de desintegración del neutralino a $W\;\muW\;\tau$. Este cociente está íntimamente correlacionado con la medida del ángulo atmosférico de neutrinos. También se planea determinar el nivel de precisión con que se puede llegar a medir en el LHC el espectro supersimétrico del modelo con BRpV.

Modelos de generación de masas de neutrinos

Existen varios estados en el estudio fenomenológicos en física de partículas, que ilustraremos a continuación para el caso de modelos que explican las masas y mezclas de neutrinos

• Construcción de modelo con algún mecanismo de generación de masas de neutrinos que tenga consecuencias experimentales en el LHC, como por ejemplo el seesaw radiativo.
• Estudió de las predicciones en aceleradores del modelo propuesto. Por ejemplo hemos propuesto observables para el LHC que pueden correlacionarse con medidas de física de neutrinos en el modelo de seesaw radiativo (Sierra:2008wj), y el de Zee (AristizabalSierra:2006ri).
• Simulaciones de las señales en detectores de aceleradores específicos, como el caso de ATLAS y LHCb mencionado anteriormente. Para esta propuesta planeamos desarrollar dichas simulaciones para los modelos del punto anterior. El objetivo de estos estudios es demostrar la viabilidad de implementar las búsquedas las predicciones de los modelos propuestos para que puedan ser implementadas en los detectores de los aceleradores, como se mostró en el caso anterior.

Materia oscura que decae

Desde el año pasado varios experimentos sobre rayos cósmicos como ATIC (atic) y los satélites PAMELA (pamela) y Fermi--LAT (fermi), han venido reportando un exceso en el flujo de electrones y positrones en rayos cósmicos. Una de las posibles explicaciones es suponer un candidato a materia oscura que decae con un tiempo de vida media de sec. Hemos sido pioneros de esta propuesta con un artículo (Nardi:2008ix) donde además se relaciona la abundancia de materia oscura con la abundancia de materia sobe antimateria. Entre los desarrollos al respecto fue la posibilidad de usar al neutralino como materia oscura que decae, en el contexto de modelos supersimétricos con violación de paridad R. Esta posibilidad requiere acoplamientos que violan paridad R demasiado pequeños. En (AristizabalSierra:2009zq) hemos propuesto un mecanismo para explicar la pequeñez de esos acoplamientos. Hay gran expectativa sobre esta línea de investigación pues se espera que los nuevos resultados experimentales al respecto comiencen a dar luz sobre el mecanismo que da lugar al exceso de protones y antiprotones en rayos cósmicos.

En esta línea se planea estudiar las predicciones de modelos específicos de materia oscura que decae para los experimentos de rayos cósmicos en marcha, y los que comenzarán a funcionar en un futuro cercano. Para ello es importante investigar los rayos cósmicos de fotones que se generan en modelos donde la materia oscura decae leptónicamente. En particular el experimento Fermi--LAT espera entregar medidas de rayos gamma en los próximos meses que podrían tener implicaciones muy directas para modelos de materia oscura.

Simetrías horizontales

Inicialmente las simetrías horizontales abelianas fueron usadas para explicar el problema de la jerarquía en la masa de los fermiones. En supersimetría esta simetría horizontal
también se puede usar para solucionar el problema mu, y como fue mostrado por primera vez por nuestro Grupo, también se puede usar para formular modelos autoconsistentes con términos que violan paridad R (Mira:2000gg). Se han explotado estos desarrollos para la formulación de modelos consistentes de Gran Unificación donde la simetría horizontal explica la ausencia de términos que violan paridad R (Duque:2008ah). En un proyecto en marcha de mediana cuantía se esta investigando si un modelo de este tipo también puede dar cuenta de los resultados de oscilaciones de neutrinos. Hemos formulado recientemente modelos supersimétricos donde el neutralino puede ser un candidato de materia oscura que decae (AristizabalSierra:2009zq) a través de acoplamientos que violan paridad R cuyo tamaño esta controlado por una simetría horizontal Abeliana.

Para esta propuesta pretendemos investigar posibles predicciones de señales para el LHC en modelos donde la simetría horizontal se use para formular modelos consistente con violación de paridad R a través de términos que violen número bariónico.

Física Matemática

Dentro de la teoría de cuerdas y la llamada teoría exiten cálculos en los que se necesita sumar sobre diferentes subconjuntos de enteros (lattices) llamados autoadjuntos (Pioline:2001). Estos cálculos se hacen en ocasiones siguiendo "trayectorias" sobre esos subconjuntos, es decir, seleccionando algunos de ellos según alguna regla puesta más o menos a mano. Existe la posibilidad de hacer cálculos un poco más completos usando procedimientos de suma similares a la regularización de sumas y productos infinitos mediante funciones Zeta de Riemann (Vanegas:1999). Para este problema nos proponemos investigar como se pueden obtener cálculos más completos y ver las diferencias con algunos de los resultados publicados que en ocasiones dan resultados distintos dependiendo de como se haga la suma.

Física Nuclear

Se continuará con el estudio del calculo de la reacción DCX basado en modelo de capas de Monte-Carlo?. Esperamos que esté cálculo pueda ser terminado a principios del 2010, y que un artículo pueda ser escrito y enviado. Se ha enviado un proyecto al Banco de la Republica, titulado
"Nuclear structure effects in photoproduction of mesons from nuclei". Adicionalmente se está negociando un proyecto con Empresas Públicas de Medellín para estudiar la viabilidad de la energía nuclear en Colombia.

Proyectos de Investigación.

Proyectos Terminados en 2008 y los que terminan en 2009:

• Prueba (experimental) de la simetría de Lorentz en el sistema de los rayos cósmicos ultraenergéticos. Mediana Cuantía, Jesús Mira. Ago/08 a Ago/09.
• Computation of DCX reaction in Monte-Carlo? shell model. Mediana Cuantía, Huachuan Wu. Ago/08 a Ago/11.
• Flavor Effects in Leptogenesis and Neutino Physics. Colciencias, Enrico Nardi. Dic/06 a Jul/09.
• Reconstrucción de Matrices de Masa de Neutrinos en Aceleradores Futuros. Colciencias, Diego Restrepo. Ene/07 a Ene/09.

Proyectos en ejecución, con fecha de iniciación y terminación:

• Computing Yukawa couplings for Up quarks and neutrinos in SU(5) X U(1). Diego Restrepo. Mediana Cuantía. Sep/08 a Mar/10.

Proyectos en ejecución en convenios con otras instituciones a nivel nacional e internacional:

High Energy Physics Latin American Network. HELEN. William Ponce. 2005-2009

Convenios

El Grupo colabora activamente (ver publicaciones recientes) con Grupos de Física de Altas Energías en

• Colombia

• Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellin
• Universidad Antonio Nariño
• Universidad de Nariño

• Latinoamerica

• Universidad de Sao Paulo (BR)
• Centro Atómico de Bariloche (AR)
• Universidad de La Plata (AR)
• Cinvestav, Mexico D.F. (MX)

• Otros Paises

• Universitat de Valencia (SP)
• Laboratori Nazionali di Frascati, Roma (IT)
• IPN de Lyon, Universite de Lyon-1, (FR)
• International School for Advanced Studies, Trieste (IT)
• Scuola Normale Superiore, Pisa (IT)
• Weizmann Institute for Science, Rehovot (IL)
• Nuclear Accelerator Institute (NL)
• ITP, Chines Academy of Science, Beijing (China)

Relaciones del Grupo con Docencia y Extensión.

Además de los cursos obligatorios en el Instituto de Física, el grupo tiene responsabilidad directa en una o dos electivas que se ofrecen cada semestre en el pregrado, especialmente Física Subatómica, e Introducción a la Teoría Cuántica de Campos. Además de los dos cursos de Maestría y los dos de Doctorado en tópicos de física de partículas.

De consolidarse el modelo estándar de las partículas elementales en el LHC con el descubrimiento del Higgs predicho por el modelo, se espera que esto tenga un impacto en la enseñanza de la física a todos los niveles. En nuestro entorno, nuestro Grupo será directamente responsable de la divulgación a través de cursos y charlas.

Referencias

Nardi:2006fx
E. Nardi, Y. Nir, E. Roulet and J. Racker,
"The importance of flavor in leptogenesis,"
JHEP {\bf 0601} (2006) 164
arXiv:hep-ph/0601084. (134 citas)

Nardi:2007jp
E. Nardi, J. Racker and E. Roulet,
"CP violation in scatterings, three body processes and the Boltzmann
equations for leptogenesis,"
JHEP {\bf 0709} (2007) 090
[arXiv:0707.0378 hep-ph];
D. Aristizabal Sierra, M. Losada and E. Nardi,
"Variations on leptogenesis,"
Phys.\ Lett.\ B {\bf 659} (2008) 328
[arXiv:0705.1489 hep-ph].

Engelhard:2006yg
G. Engelhard, Y. Grossman, E. Nardi and Y. Nir,
"The importance of N2 leptogenesis,"
Phys.\ Rev.\ Lett.\ {\bf 99} (2007) 081802
arXiv:hep-ph/0612187. (37 citas)

Davidson:2008bu
S. Davidson, E. Nardi and Y. Nir,
"Leptogenesis,"
Phys.\ Rept.\ {\bf 466} (2008) 105
[arXiv:0802.2962 hep-ph]. (74 citas)

AristizabalSierra:2009bh
D. Aristizabal Sierra, L. A. Munoz and E. Nardi,
"Purely Flavored Leptogenesis,"
arXiv:0904.3043 hep-ph;
D. Aristizabal Sierra, L. A. Munoz and E. Nardi,
"Implications of an additional scale on leptogenesis,"
J.\ Phys.\ Conf.\ Ser.\ {\bf 171} (2009) 012078
[arXiv:0904.3052 hep-ph];
D. Aristizabal Sierra, M. Losada and E. Nardi,
"Lepton Flavor Equilibration and Leptogenesis,"
arXiv:0905.0662 hep-ph;
Nardi:2008ix
E. Nardi, F. Sannino and A. Strumia,
"Decaying Dark Matter can explain the electron/positron excesses,"
JCAP {\bf 0901} (2009) 043
[arXiv:0811.4153 hep-ph]. (64 citas)

AristizabalSierra:2009zq
D. Aristizabal Sierra, D. Restrepo and O. Zapata,
"Decaying neutralino dark matter in anomalous models,"
arXiv:0907.0682 hep-ph. Enviado a Physical Review D.

deCampos:2008ic
F. de Campos, O. J. P. Eboli, M. B. Magro, D. Restrepo and J. W. F. Valle,
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Phys.\ Rev.\ D {\bf 80} (2009) 015002,
[arXiv:0809.1637 hep-ph];
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"Higgs and Exotica" es un subgrupo miembro del grupo ``Flavour Physics Working Group del detector LHCb, que cubre entre otros t\'opicos ``Minimal Supersymmetric Standard Model with Bilinear R-parity Violation y ``Minimal Supersymmetric Standard Model with non-unified Gauginos Masses and Violation of the Baryon Number''. Su p\'agina web es: \url{https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/LHCb/HiggsExotica}. Accedido 4 de agosto de 2009.

wikiatlas
"Bilinear R-parity Violation" es un sub-subgrupo miembro del subgrupo ``SUSY with R-parity violation and Longlived, del detector ATLAS del LHC, cuya motivaci\'on primaria para estudiar modelos con violaci\'on bilineal de R--paridad son sus implicaciones para masas y mezclas de neutrinos. Su p\'agina web es \url{https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasSandbox/RpvL}. Otro sub-subgrupo de ATLAS es el de ``R-parity violation with displaced vertex \url{http://confluence.slac.stanford.edu/display/Atlas/RPV+SUSY+Displaced+Vertex+Analysis} Accedidos 4 de agosto de 2009.

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On This Page Historia o antecedentes del Grupo. Visión del Grupo u Objetivos Objetivos Metas y principales actividades Corto plazo 2009-2010 Mediano Plazo 2011-2013 Largo Plazo 2014-2016 Infraestructura Física. Oficina 6-435: Oficina 6-218: Oficina 6-407: Oficina 6-403: Equipos: Recurso Humano Líneas de Investigación Extensiones gauge del modelo estándar Leptogénesis Supersimetría Modelos de generación de masas de neutrinos Materia oscura que decae Simetrías horizontales Física Matemática Física Nuclear Proyectos de Investigación. Proyectos Terminados en 2008 y los que terminan en 2009: Convenios Relaciones del Grupo con Docencia y Extensión. Referencias Situación actual del Grupo Estrategia investigativa Marco Teórico Metas y principales actividades Leptogénesis Supersimetría Modelos de generación de masas de neutrinos Materia oscura que decae Extensiones gauge del modelo estándar Simetrías horizontales Física Matemática Física Nuclear Otras actividades Cronograma Compromisos Impacto de la Estrategia de Sostenibilidad Estrategias anteriores Impacto del apoyo de sostenibilidad

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Situación actual del Grupo

El Grupo de Fenomenología de las Interacciones Fundamentales (GFIF) del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia ha estado trabajando en varios aspectos de la física de partículas por más de 20 años. Las actividades de investigación del Grupo giran alrededor de los resultados experimentales en el área de Física de Altas Energías. Entre los logros de los últimos tres años tenemos

• Se ha encontrado que los efectos de sabor son importantes, y deben ser tenido en cuenta en los estudio de leptogénesis (Nardi:2006fx). Este artículo ha abierto una importante línea de investigación conectada con la posibilidad de tener resultados cuantitativos para la generación de la asimetría necesaria para explicar el exceso de materia sobre antimateria en el Universo, en particular (Nardi:2007jp). En esta misma línea se han publicado artículos en algunas las revistas de mayor impacto en Física: un artículo en Physcal Review Letters (Engelhard:2006yg) y un Physics Reports (Davidson:2008bu). Además ha generado el ambiente adecuado y el reconocimiento internacional suficiente que dio lugar a un Workshop en la ciudad de Medellin donde asistieron gran parte de los expertos mundiales en el tema y se beneficiaron estudiantes de pregrado y posgrado (leptowork).
• Se ha logrado tener prioridad y ser reconocido como uno de los primeros en postular una interpretación del exceso de rayos cósmicos de electrones y positrones reportados recientemente por diferentes experimentos de rayos cósmicos, en términos de materia oscura que decae (Nardi:2008ix), y ha continuado trabajando en ésta línea (AristizabalSierra:2009zq)
• Hemos participado en los desarrollos fenomenológicos del modelo estándar mínimo supersimétrico con violación bilineal de paridad R. Un modelo que explica los datos actuales de física de neutrinos. Después de que la fenomenología de este modelo se ha estudiado extensivamente por varios grupos en el mundo, se ha pasado a una fase de simulación de las señales para el Tevatron y el LHC (deCampos:2008ic). Estas simulaciones ya han rendido sus frutos pues se han creado grupos de trabajo en las colaboraciones LHCb (wikilhcb) y ATLAS (wikiatlas) para implementarles dentro de sus agendas de búsqueda. También se han venido estudiando las implicaciones fenomenológicas de otros modelos de masas de neutrinos (Sierra:2008wj,AristizabalSierra:2006ri,AristizabalSierra:2008ye,zapata).

• Se ha venido trabajando en extensiones gauge del modelo estándar y sus implicaciones en aceleradores (Herrera:2008yf). Se ha logrado formular una extensión del grupo gauge del modelo estándar que ahora se conoce en la literatura como el modelo 3-3-1 económico (ver por ejemplo (Giraldo:2009yi).)

Se ha logrado culminar con éxito dos proyectos de Colciencias iniciados en enero de 2007 (ver ficha técnica). Con estos proyectos se ha dado apoyo económico a dos estudiantes de doctorado y tres de maestría, se han estrechado los lazos de colaboración con dos Grupos nacionales con los cuales fueron desarrollados los proyectos, se financiaron pasantías de estudiantes y profesores en el exterior, y visitas de colaboradores internacionales al instituto. Además, con estos proyectos se apoyo parcialmente los eventos organizados recientemente por el Grupo. Así mismo, están en desarrollo tres proyectos de mediana cuantía.

Hemos sido parte de la colaboración ``High Energy LatinAmerican-European? Network'' (HELEN) (helen), la cual culminó en abril de este año. En el marco de esta red para el apoyo de movilidad entre varios países de latinoamérica y Europa, se realizaron varias pasantías de estudiantes y profesores a Argentina, México, Suiza, España e Italia.

Se ha participado en la organización de dos eventos internacionales desde el 2007 (leptowork,cernsch), con la participación de estudiantes de pregrado y posgrado del Instituto.

Históricamente el Grupo ha desarrollado decenas de proyectos de investigación exitosamente, y ha obtenido distinciones y premios de excelencia de Colciencias y otras instituciones. El Grupo ofrece formación a nivel doctoral desde 1997 y a la fecha ha graduado a 5 doctores. El Grupo continua trabajando en el programa de Maestría donde ha graduado a más de 30 estudiantes, desde los comienzos del programa en la U. de Antioquia.

En el área de Física de altas energía se espera una era de nuevos descubrimientos con la puesta en funcionamiento del LHC a finales de este año. Por lo tanto los proyectos que se desarrollen dentro del marco de esta estrategia estarán dentro de un entorno muy dinámico, en el cual debemos estar preparados para explotar los resultados que se obtengan y proponer nuevas estrategias de búsqueda.

Uno de los investigadores más importantes del Grupo, el Profesor Enrico Nardi, se vio obligado a renunciar a su cargo de profesor de Tiempo Completo en la Universidad de Antioquia en abril del 2009, debido a su posición como profesor de investigación del Instituto Nacional de Física Nuclear en el Laboratorio Nacional de Frascati en Italia. Sin embargo, esperamos que el pueda seguir participando en el Grupo en calidad de investigador asociado y pueda presentar proyectos en el marco de la estrategia de sostenibilidad como investigador principal y coinvestigador. Las actividades dentro de esos proyectos que requieran de su presencia en la institución las podrá realizar como profesor visitante durante tres meses al año, con base en un acuerdo que hemos alcanzado con las directivas de la Universidad. En el marco de ese acuerdo el profesor Enrico Nardi ya se encuentra realizando su primera estancia como profesor visitante del 4 julio al 4 de septiembre. La combinación de investigador asociado y profesor visitante le permitirá mantener un vínculo permanente con la Universidad de Antioquia para todo lo relacionado al reconocimiento de las labores de investigación y docencia asociada a los proyectos del Grupo. Para todos los efectos, esto es equivalente a una figura de Profesor Adjunto: una figura bastante usada en el ámbito académico para fortalecer las colaboraciones científicas e interinstitucionales, mediante la cual un profesor puede usar permanente una doble afiliación pero sólo recibe remuneración de la segunda institución durante los períodos en la que permanece en ella, en este caso, como profesor visitante.

Así mismo, es prioritario para el Grupo reemplazar la vacante dejada con un profesor que pueda asumir compromisos similares en investigación, y formación de estudiantes de maestría y doctorado. En el marco de esta estrategia se reservarán los rubros necesarios para que el profesor contratado pueda involucrarse lo más rápidamente posible en las labores de investigación del Grupo.

Estrategia investigativa

Marco Teórico

Actualmente se encuentra funcionado el acelerador Tevatron en Fermilab en Estados Unidos. Este acelera protones y antiprotones a una energía de 1 TeV, y se espera que siga funcionado por 2 años más. A finales de este año se espera que entre en funcionamiento el acelerador LHC en el CERN en la frontera entre Francia y Suiza. Este acelerará protones en ambos sentidos a una energía que alcanzará hasta los 14 TeV. La mayoría de los experimentos conducidos son hechos en grandes instrumentos llamados detectores. Por ejemplo el LHC tiene 4 detectores. En dos de ellos ATLAS y CMS hay grupos colombianos participando. En los últimos años el Grupo ha tenido una estrecha vinculación con el Grupo de Marta Losada que esta participando en la colaboración ATLAS.

A nivel de detección de radiación cósmica tenemos el satélite PAMELA para detección de rayos cósmicos de electrones, positrones, antiprotones, y núcleos livianos. En agosto del año pasado PAMELA reporto una abundancia anómala de positrones (pamela), que ha dado lugar a un sinnúmero de publicaciones tratando de explicar su origen. Fermi-LAT es otro satélite para la detección de rayos cósmicos que también estará funcionando durante los próximos años. En sus primeras medidas (fermi) también ha reportado una abundancia anómala de positrones y electrones. El satélite Planck fue lanzado en mayo, y desde julio se encuentra en pleno funcionamiento. Con los datos obtenidos de este experimento se espera medir la radiación cósmica de fondo con mucha más precisión que su antecesor WMAP. Además esta el experimento Auger en Argentina que detecta rayos cósmicos de ultra alta energía que alcanzan a llegar a la superficie terrestre.

También hay varios experimentos de física de neutrinos en marcha que esperan mejorar los datos actuales de oscilaciones de neutrinos, determinar el ángulo de mezcla , del cual actualmente solo hay cotas, y si este resulta ser diferente de cero, buscar evidencia de violación de CP en el sector de neutrinos, un ingrediente crucial para generar bariogénesis a través de leptogénesis.

Esto representa un escenario muy dinámico donde el Grupo debe estar preparado para interpretar cualquier evidencia que resulte del Higgs o nueva física a la luz de los modelos que viene desarrollando.

Metas y principales actividades

La principal actividad del Grupo se centra en proponer modelos que tengan consecuencias medibles en algunos de estos experimentos, y encontrar modelos que expliquen los resultados de cualquiera de ellos.

De ser aprobada, el período de Sostenibilidad para el Grupo coincidirá con la puesta en marcha y los primeros dos años de funcionamiento del LHC que está planeado para iniciar operaciones en noviembre de este año.
Se espera que entre los resultados de los próximos años del LHC, no solo esté el del descubrimiento del Higgs, sino también de alguna señal de física más allá del modelo estándar que explique los problemas teóricos asociado con el Higgs. En los próximos años también se espera que los experimentos de detección de rayos cósmicos entreguen una evidencia definitiva de materia oscura.

Leptogénesis

El grupo ha sido protagonista mundial en los desarrollos teóricos que permitan explicar la abundancia de materia sobre antimateria a través de leptogénesis. En (Nardi:2006fx) se estableció que los efectos de sabor en leptogénesis son de gran importancia y deben ser tenidos en cuenta. Esto ha dado lugar a un resurgimiento del estudio de varios aspectos relacionados con leptogénesis por varios grupos de investigación del mundo. En 2007 se logró reunir a muchos de estos expertos en un Workshop sobre el tema (leptowork).
La cantidad de nuevos resultados sobre efectos de sabor en leptogénesis y su impacto en el área ha dado lugar a un artículo de revisión en la revista Physics Reports (Davidson:2008bu). Sin lugar a dudas esta línea de investigación ha dado gran visibilidad internacional al Grupo y continúa desarrollándose vigorosamente dentro del Grupo con un estudiante de doctorado y otro de maestría que trabajan en esa línea. Los últimos esfuerzos se basan en aprovechar los nuevos efectos de sabor para formular modelos de leptogénesis que puedan tener implicaciones en aceleradores como el LHC (AristizabalSierra:2009bh).

En esta línea se continuará estudiando modelos que permitan leptogénesis a bajas escalas, concentrandonos en particular en mecanismos de leptogénisis suave y posibles señales directas del mecanismo viables en el LHC. Nos enfocaremos en las correlaciones entre efectos de sabor y equilibración de sabor leptónico, y en asimetrías de CP inducidas térmicamente que en conjunto con los efectos grandes de espectador, que caracterizan los regímenes de baja temperatura, parecen indicar la posibilidad de grandes mejoras inesperadas de la eficiencia de la leptogénesis. Mientras pasos preliminares en el entendimiento de estos efectos ya se han hecho, en particular por nuestro Grupo (AristizabalSierra:2009bh), algunas piezas importantes todavía faltan. Se espera desarrollar un análisis completo, el cual podría incluir simultáneamente todos los efectos nuevos. Algunos de los efectos que pretendemos investigar no son específicos sólo a leptogénesis suave, sino que en general pueden afectar otros modelos de leptogénesis de escala baja, y podrían ser cruciales para establecer cuantitativamente su viabilidad. Una vez el espacio de parámetros de modelos exitosos sea establecido, el siguiente paso será inferir si se puede predecir alguna de las señales específicas que podrían detectarse en el LHC.

Supersimetría

Supersimetría se ha establecido como una extensión importante al modelo estándar porque ofrece una explicación para el mecanismo de ruptura espontánea de simetría y tiene una predicción muy concreta para la masa del Higgs. La búsqueda de partículas supersimétricas es una de las áreas prioritarias en la agenda del LHC. Contrario al modelo estándar, en supersimetría se pueden explicar las masas y mezclas de neutrinos. El modelo supersimétrico más simple para dar cuenta de los resultados experimentales de física de neutrinos, es el que se conoce en la literatura como el modelo estándar supersimétrico mínimo con ruptura bilineal de la paridad R (BRpV, de sus siglas en inglés). En modelos ya tan estudiados teóricamente como éste, la siguiente fase, en la que hemos sido protagonistas desde el primer momento (deCampos:2008ic), es la de realizar simulaciones de las señales relevantes en aceleradores como el LHC. Como un logro de este esfuerzo es el hecho de que diferentes experimentos del LHC ya han conformado grupos de trabajo que están implementando la búsqueda de las señales propuestas con clara referencia a nuestros trabajos. Tal es el caso de los grupos de trabajo de la colaboración ATLAS (wikiatlas), y la colaboración LHCb (wikilhcb). En esta línea se ha culminado exitosamente un proyecto del Colciencias en abril de este año.

Para esta propuesta planeamos continuar con el estudio sistemático, a través de simulaciones, de señales específicas del modelo bilineal de ruptura de paridad R para el LHC. Se hará énfasis en observables del LHC que puedan ser correlacionados con medidas de experimentos de física de neutrinos. En particular, con los colaboradores de los grupos de Jose Valle en Valencia y de Oscar Eboli en Sao Paulo, se espera determinar el nivel de precisión con el que se puede llegar a medir el cociente de desintegración del neutralino a . Este cociente está íntimamente correlacionado con la medida del ángulo atmosférico de neutrinos. También se planea determinar el nivel de precisión con que se puede llegar a medir en el LHC el espectro supersimétrico del modelo con BRpV.

Modelos de generación de masas de neutrinos

Existen varios estados en el estudio fenomenológicos en física de partículas, que ilustraremos a continuación para el caso de modelos que explican las masas y mezclas de neutrinos

• Construcción de modelo con algún mecanismo de generación de masas de neutrinos que tenga consecuencias experimentales en el LHC, como por ejemplo el seesaw radiativo.
• Estudió de las predicciones en aceleradores del modelo propuesto. Por ejemplo hemos propuesto observables para el LHC que pueden correlacionarse con medidas de física de neutrinos en el modelo de seesaw radiativo (Sierra:2008wj), y el de Zee (AristizabalSierra:2006ri).
• Simulaciones de las señales en detectores de aceleradores específicos, como el caso de ATLAS y LHCb mencionado anteriormente. Para esta propuesta planeamos desarrollar dichas simulaciones para los modelos del punto anterior. El objetivo de estos estudios es demostrar la viabilidad de implementar las búsquedas las predicciones de los modelos propuestos para que puedan ser implementadas en los detectores de los aceleradores, como se mostró en el caso anterior.

Materia oscura que decae

Desde el año pasado varios experimentos sobre rayos cósmicos como ATIC (atic) y los satélites PAMELA (pamela) y Fermi--LAT (fermi), han venido reportando un exceso en el flujo de electrones y positrones en rayos cósmicos. Una de las posibles explicaciones es suponer un candidato a materia oscura que decae con un tiempo de vida media de 10²⁶sec. Hemos sido pioneros de esta propuesta con un artículo (Nardi:2008ix) donde además se relaciona la abundancia de materia oscura con la abundancia de materia sobe antimateria. Entre los desarrollos al respecto fue la posibilidad de usar al neutralino como materia oscura que decae, en el contexto de modelos supersimétricos con violación de paridad R. Esta posibilidad requiere acoplamientos que violan paridad R demasiado pequeños. En (AristizabalSierra:2009zq) hemos propuesto un mecanismo para explicar la pequeñez de esos acoplamientos. Hay gran expectativa sobre esta línea de investigación pues se espera que los nuevos resultados experimentales al respecto comiencen a dar luz sobre el mecanismo que da lugar al exceso de protones y antiprotones en rayos cósmicos.

En esta línea se planea estudiar las predicciones de modelos específicos de materia oscura que decae para los experimentos de rayos cósmicos en marcha, y los que comenzarán a funcionar en un futuro cercano. Para ello es importante investigar los rayos cósmicos de fotones que se generan en modelos donde la materia oscura decae leptónicamente. En particular el experimento Fermi--LAT espera entregar medidas de rayos gamma en los próximos meses que podrían tener implicaciones muy directas para modelos de materia oscura.

Extensiones gauge del modelo estándar

Los modelos que extienden el sector gauge débil del modelo estándar, como los modelos SU(3)_Cx SU(2)_Lx U(1)_X (como los modelos 3-3-1), predicen nuevos bosones gauge y fermiones que podrían observarse muy rápidamente en el LHC.

Se trabaja básicamente en tres temas: Modelos 3-3-1, ceros de textura en matrices de masa para los quarks y estabilidad de potenciales escalares para teorías gauge. En esta línea trabajan dos estudiantes de doctorado y como colaboradores externos participan Juan Bautista Florez en Pasto y con Alberto Sánchez en la Universidad Nacional, seccional Medellín.

En modelos 3-3-1 se están estudiando modelos sin cargas eléctricas exóticas para tres y cuatro familias (Salazar:2007ym,zapata). Hay un total de ocho modelos diferentes para tres familias y trece modelos diferentes de cuatro familias. La fenomenología de la gran mayoría de esos modelos no ha sido elaborada. Es intención de nuestros investigadores explorar algunos de esos modelos.

En ceros de textura, es bien conocido a la fecha que tres ceros de textura en las matrices de masas de los quarks no significa nueva física, ya que dichos ceros se pueden obtener mediante transformaciones de Weak Basis. Mas de tres ceros de textura implican nueva física. El trabajo que estamos adelantando es considerar la física que implicaría una textura de cuatro ceros y la posibilidad de obtener texturas de cinco ceros.

En la literatura se afirma que seis ceros de textura son inconsistentes con la numerología conocida a la fecha (masas de quarks y ángulos de mezcla). Es nuestra intención verificar la veracidad de esta afirmación.

Haciendo uso de nuevas técnicas matemáticas, hemos estudiado el la estabilidad del potencial escalar en los modelos 3-3-1 con dos tripletes de escalares (Giraldo:2009yi). Pensamos extender este estudio a el caso de tres tripletes en los modelos 3-3-1 y en un futuro próximo al modelo derecho-izquierdo simétrico.

Simetrías horizontales

Inicialmente las simetrías horizontales abelianas fueron usadas para explicar el problema de la jerarquía en la masa de los fermiones. En supersimetría esta simetría horizontal
también se puede usar para solucionar el problema mu, y como fue mostrado por primera vez por nuestro Grupo, también se puede usar para formular modelos autoconsistentes con términos que violan paridad R (Mira:2000gg). Se han explotado estos desarrollos para la formulación de modelos consistentes de Gran Unificación donde la simetría horizontal explica la ausencia de términos que violan paridad R (Duque:2008ah). En un proyecto en marcha de mediana cuantía se esta investigando si un modelo de este tipo también puede dar cuenta de los resultados de oscilaciones de neutrinos. Hemos formulado recientemente modelos supersimétricos donde el neutralino puede ser un candidato de materia oscura que decae (AristizabalSierra:2009zq) a través de acoplamientos que violan paridad R cuyo tamaño esta controlado por una simetría horizontal Abeliana.

Para esta propuesta pretendemos investigar posibles predicciones de señales para el LHC en modelos donde la simetría horizontal se use para formular modelos consistente con violación de paridad R a través de términos que violen número bariónico.

Física Matemática

Dentro de la teoría de cuerdas y la llamada teoría M exiten cálculos en los que se necesita sumar sobre diferentes subconjuntos de enteros (lattices) llamados autoadjuntos (Pioline:2001). Estos cálculos se hacen en ocasiones siguiendo "trayectorias" sobre esos subconjuntos, es decir, seleccionando algunos de ellos según alguna regla puesta más o menos a mano. Existe la posibilidad de hacer cálculos un poco más completos usando procedimientos de suma similares a la regularización de sumas y productos infinitos mediante funciones Zeta de Riemann (Vanegas:1999). Para este problema nos proponemos investigar como se pueden obtener cálculos más completos y ver las diferencias con algunos de los resultados publicados que en ocasiones dan resultados distintos dependiendo de como se haga la suma.

Física Nuclear

Se continuará con el estudio del calculo de la reacción DCX basado en modelo de capas de Monte-Carlo?. Esperamos que esté cálculo pueda ser terminado a principios del 2010, y que un artículo pueda ser escrito y enviado. Se ha enviado un proyecto al Banco de la Republica, titulado
``Nuclear structure effects in photoproduction of mesons from nuclei''. Adicionalmente se está negociando un proyecto con Empresas Públicas de Medellín para estudiar la viabilidad de la energía nuclear en Colombia.

Otras actividades

Nos hemos puesto como una meta prioritaria que en Colombia se sigan realizando eventos de nivel internacional en el área de física de altas energías con una periodicidad anual. El próximo evento a organizar en colaboración con los otros grupos de altas energías del país será un Workshop sobre fenomenología de partículas escalares.

Cronograma

1 a 3 meses: Envío de los proyectos de investigación en el marco de la estrategia de sostenibilidad, en las líneas descritas anteriormente. Organización de eventos académico internacional sobre fenomenología de partículas escalares.

3 a 6 meses: Inicio de los proyectos de investigación aprobados en el marco de la estrategia de sostenibilidad. Organización de eventos académico internacional sobre fenomenología de partículas escalares. Preparación de ante-proyectos de investigación ante Colciencias en las áreas de materia oscura decayendo, simulaciones de modelos de masas de neutrinos para el LHC, y extensiones gauge del modelo estándar.

6 a 12 meses: Formación de dos estudiantes de doctorado y tres de maestría con cargo al presupuesto de sostenibilidad. Publicación de primeros artículos sobre modelos de leptogénesis(1), modelos 3-3-1 (1), consecuencias fenomenológicas de simetrías horizontales (1), materia oscura que decae (1), y sobre la reacción DCX (1). Realización del Workshop internacional sobre Fenomenología de partículas escalares.

12 a 18 meses: Publicación de artículos sobre fenomenología y simulaciones de modelos de física de neutrinos (1). Artículos adicionales sobre modelos 3-3-1 (1).

18 a 24 meses: Publicación de artículo sobre leptogénesis (1).

Compromisos

• 8 artículos internacionales
• Continuación de la formación de 2 estudiantes de doctorado
• Continuación de la formación de dos estudiantes de maestría y un estudiante nuevo de maestría
• Realización de un evento Internacional
• Presentación oral de resultado en 1 evento nacional
• Presentación oral de resultado en 2 eventos internacionales

Impacto de la Estrategia de Sostenibilidad

Estrategias anteriores

El Grupo recibió el apoyo de Sostenibilidad en el período 2005-2006. Este apoyo fue crucial para consolidar las líneas de investigación del Grupo y dar el estímulo adecuado para preparar proyectos de Colciencias. Como al Grupo le fueron aprobados dos proyectos de Colciencias por dos años, los cuales comenzaron a ejecutarse en enero del 2007 (resultando en muchas más publicaciones de las que figuraban en los compromisos), se optó por no participar en las siguientes convocatorias de Sostenibilidad. En general ha sido una estrategia del Grupo alternar los proyectos de Colciencias con los de Sostenibilidad. Durante el período de sostenibilidad pasada se lograron cumplir los requisitos cabalmente, y junto con los dos proyectos de Colciencias posteriormente aprobados, estos proyectos han dado lugar a la época de mayor consolidación y producción del Grupo, varios de los artículos con gran impacto en la comunidad científica.

Impacto del apoyo de sostenibilidad

La estrategia de sostenibilidad será de gran ayuda para la continuidad y dinámica investigativa del Grupo porque, entre otras cosas

• Garantiza la continuidad de la financiación de los estudiantes de posgrado del Grupo y posibilita la apertura de nuevos cupos.
• Posibilita la cofinanciación de las pasantías obligatorias de los estudiantes de doctorado y de los jurados que evaluarán sus tesis.
• Crea el marco adecuado para disponer de investigadores asociados que puedan desarrollar sus proyectos dentro de las líneas prioritarias del Grupo.
• Nos permite seguir disponiendo del personal de apoyo para el mantenimiento de nuestro sistemas de computo y la gestión de tareas administrativas
• Posibilita la modernización de la infraestructura computacional del Grupo

Pero sobre todo garantiza una financiación adecuada al Grupo para afrontar una era en la que se esperan grandes descubrimientos en el área de física de altas energías, en particular desde el LHC, el acelerador que comenzará a funcionar a finales de este año. A partir de la puesta en funcionamiento del LHC entraremos en una nueva era de la física que, de obtener los resultados esperados, combinaría los descubrimientos de nuevas partículas, a los cada vez mejor establecidos resultados de física de neutrinos y observaciones cosmológicas. De especial importancia es el nuevo paradigma científico que surgirá de la combinación de todos esos resultados experimentales. Por ejemplo el descubrimiento en el LHC de la partícula escalar elemental predicha por el Modelo Estándar, establecería finalmente las teorías gauge con rompimiento espontáneo de simetría como el principio fundamental para describir las interacciones subatómicas, redondeando décadas de desarrollo científico. Se espera que esto tenga un impacto en la enseñanza de la física a todos los niveles. Además un descubrimiento de este tipo, que implicaría por primera la existencia de una partícula escalar elemental, daría un mejor fundamento teórico a los modelos inflacionarios en cosmología y a la interpretación de la energía oscura como la causante de la expansión acelerada del Universo. El otro escenario posible en el que no se encuentre al Higgs del modelo estándar, debe dar lugar a datos experimentales suficientes para dilucidar cual es el realmente el mecanismo de ruptura de la simetría electrodébil. En cualquiera de los dos escenarios nuestro Grupo puede participar activamente.

El principal aporte un Grupo como el nuestro al desarrollo del país es la formación de talento humano con capacidad de hacer investigación científica al más alto nivel. Para ello es prioritario que nuestro Grupo siga produciendo productos de gran impacto en la comunidad mundial de física de altas energías con participación de nuestros estudiantes. Aunque de momento los doctores que formamos son rápidamente reabsorbidos en el ámbito académico, esperamos que a futuro, como pasa en otros países donde profesionales de este tipo son muy apreciados en empresas de innovación tecnológica, los nuestros puedan llegar a hacer aportes significativos a otros sectores de la sociedad.



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Nardi:2007jp
E. Nardi, J. Racker and E. Roulet,
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"Bilinear R-parity Violation" es un sub-subgrupo miembro del subgrupo ``SUSY with R-parity violation and Longlived, del detector ATLAS del LHC, cuya motivaci\'on primaria para estudiar modelos con violaci\'on bilineal de R--paridad son sus implicaciones para masas y mezclas de neutrinos. Su p\'agina web es \url{https://twiki.cern.ch/twiki/bin/view/AtlasSandbox/RpvL}. Otro sub-subgrupo de ATLAS es el de ``R-parity violation with displaced vertex \url{http://confluence.slac.stanford.edu/display/Atlas/RPV+SUSY+Displaced+Vertex+Analysis} Accedidos 4 de agosto de 2009.

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