O modelo 331 mínimo e a fenomenologia dos vetores de dupla carga

Abstract

O chamado modelo padrão foi a primeira – e única, até o momento – teoria geral de partículas elementares e interações fundamentais a se estabelecer como vigente por, dentre outras coisas, passar satisfatoriamente por uma variedade de testes de precisão de complexidade inédita. A evolução natural do campo de estudo, do entendimento da teoria, e o surgimento constante de novos dados experimentais evidenciou, porém, que esse modelo é incompleto. A construção de modelos que acomodem as previsões acertadas do modelo padrão enquanto se propõem a consertar os seus problemas se tornou um esforço justificado e necessário. Um exemplo desse tipo de teoria – extensão do Modelo Padrão – é o muito bem motivado modelo 331. Em sua versão mais simples, dita mínima, é capaz de motivar soluções para os problemas do número de famílias e da massa dos neutrinos e, nas versões mais intrincadas, acomoda propostas de solução para os problemas mais complexos do Modelo Padrão, como a matéria escura e a bariogênese. Além disso, o 331 se destaca também por ser uma dentre poucas extensões simples (ou, talvez, a única) que contém partículas vetoriais de dupla carga elétrica e duplo número leptônico. É uma previsão teórica que, com força dependente de parâmetros livres do modelo, essas partículas mediem processos que violam a conservação de sabor leptônico. Neste trabalho, contextualizado em toda a sua extensão por fatos acerca da construção de modelos, faremos uma abordagem simples do modelo padrão; descreveremos o modelo 331 mínimo e como vincular alguns de seus parâmetros de modo a conter o Modelo Padrão como um limite apropriado; depois, passando para a fenomenologia, descreveremos um método teórico independente de modelo para, com hipóteses razoáveis, impor limites de exclusão em certo domínio de parâmetros do modelo através do processo pp → e− µ− µ+ µ+ , observável no LHC, e, por fim, apresentaremos os resultados do estudo.

The so-called standard model was the first – and, to the moment, only – general theory of elementary particles and fundamental interactions to establish itself as the current one by, among other things, satisfactorily pass a variety of precision tests of unprecedented comple- xity. The natural evolution of the field of study, of the understanding of the theory, and the constant appearance of new experimental data showed, however, that this model is incom- plete. The construction of models that accommodate the right predictions of the Standard Model while aiming to fix its problems has become a justified and necessary effort. An exam- ple of this kind of theory – extension of the Standard Model – is the very well motivated 331 model. In its simplest version, called minimal, it is capable to motivate solutions to the problems of the number of families and of the neutrino masses and, within the more complex versions, accommodate proposals of solution to the most complicated problems of the Standard Model, for instance, the baryogenesis and dark matter issues. Besides that, the 331 stands out also by being one among very few simple extensions (or, perhaps, the only one) to contain vector particles of double electric charge and double lepton number. It is a theoretical prediction that, with strength dependent on free parameters of the model, these particles mediate processes which violate lepton flavor conservation. In this work, always contextualized by model building theory facts, we will make a simple assessment of the stan- dard model; describe the minimal 331 model and show a way of constraining some of its parameters in order to have the Standard Model as an appropriate limit; then, moving on to phenomenology, we will describe a model independent theoretical method to, with reasonable hypothesis, impose exclusion limits on certain domain of parameters of the model through the process pp → e− µ− µ+ µ+ , observable at the LHC, and, finally, present the results of our study.