¿Puede el bosón de Higgs explicar la materia oscura?

El bosón de Higgs, recientemente descubierto, es conocido por su papel relevante en la explicación de la masa de las partículas. Pero ahora, algunos físicos se preguntan si el Higgs podría haber jugado un papel igualmente importante en la generación de la materia oscura y la materia bariónica en el Universo temprano, así como causar en la materia oscura la hipotética asimetría así como la observada asimetría en el barión entre materia y partículas de antimateria.

En un nuevo artículo publicado en Physical Review Letters, los físicos Géraldine Servant del CERN, la Universidad Autónoma de Barcelona, ​​y CEA Saclay en Francia, y Sean Tulin de la Universidad de Michigan en Ann Arbor, llaman a este escenario teórico “Higgsogenesis.”

“Con el descubrimiento del Higgs, la última pieza del Modelo Estándar de la física de partículas ha sido puesto en su lugar”, dice Servant. “Ahora, surge una pregunta natural: ¿podría el bosón de Higgs haber sido importante en el Universo temprano para ayudar a explicar dos enigmas de observación que el modelo estándar no puede explicar: el origen de la materia oscura y asimetría materia-antimateria? En el temprano Universo, la partícula de Higgs era distinta de su antipartícula. Demostramos que una asimetría entre Higgs y un anti-Higgs podría haber sido el eslabón perdido que conecta las densidades de materia visible y oscura, que en observaciones son muy similares “.

Este Higgs podría haber proporcionado el eslabón perdido de una de dos maneras. Una posibilidad es que, si hubiera una asimetría de materia oscura en el Universo temprano, entonces esta asimetría podría haber transferido una asimetría entre el bosón y el anti-Higgs, lo que podría haber trasladado un barión asimetría entre materia y antimateria. Otra posibilidad es que esta secuencia podría haber ocurrido a la inversa, donde una asimetría bariónica transfiriera primero una asimetría de Higgs, que, a su vez, luego se transfirió a una asimetría en la materia oscura.

En ambos casos, el Higgs proporciona un “portal” a través del cual pueden fluir las asimetrías del sector oscuro para el sector visible o viceversa. En estos casos, la materia oscura tendría una asimetría igual que la materia bariónica. Los físicos proponen dos nuevos fermiones que se acoplan con el bosón de Higgs que podrían haber mediado en la transferencia de la asimetría.

“Nuestro mecanismo se basa en la existencia de una interacción entre el campo de Higgs y el sector oscuro, que es una suposición natural en muchas extensiones del modelo estándar de la física de partículas “, dijo Tulin. “Lo novedoso de nuestro trabajo es investigar el papel del Higgs en la transferencia de asimetrías de materia entre los sectores oscuros y visibles. Lo que ofrece nuevas oportunidades para la bariogénesis y la generación de la materia oscura “.

De hecho, investigaciones anteriores han demostrado que el bosón de Higgs puede desempeñar un papel en la bariogénesis electrodébil y la leptogénesis, las cuales describen las asimetrías en el Universo temprano.

Futuros experimentos pueden ser capaces de probar estas propuestas. Por ejemplo, los físicos podrían investigar decaimientos de Higgs en el Large Hadron Collider (LHC). En estos decaimientos, los fermiones propuestos podrían escapar en forma de energía perdida que podría ser detectada.

“Para que la higgsogenesis funcione, tiene que haber nuevas partículas que interactúan a través de la fuerza débil“, dijo Servant. “En realidad, las nuevas partículas débilmente interactuantes no son exclusivas de la higgsogenesis, pero son parte de diversos nuevos modelos de  física y el LHC los está buscando activamente. Una segunda predicción es que el bosón de Higgs puede decaer de modo invisible para partículas de materia oscura, y de nuevo el LHC está en busca de esta firma también.”

Enlace original: Could ‘Higgsogenesis’ explain dark matter?