Orientador: Marcelo Moraes Guzzo

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho analisa-se uma das extensões do Modelo Padrão das Partículas Elementares, conhecida como Extensão 3-3-1\', e suas aplicações a Cosmologia. Esta classe de modelos constitui uma das mais enxutas extensões do Modelo Padrão, e possui entre as suas qualidades respostas a problemas...

Resumo: Neste trabalho analisa-se uma das extensões do Modelo Padrão das Partículas Elementares, conhecida como Extensão 3-3-1\', e suas aplicações a Cosmologia. Esta classe de modelos constitui uma das mais enxutas extensões do Modelo Padrão, e possui entre as suas qualidades respostas a problemas deixados em aberto dentro do Modelo Padrão. Entre estes, lista-se o problema do numero de gerações e o problema da assimetria das massas dos quarks, respondidos através de um critério de consistência interna do modelo, a saber, o cancelamento das anomalias quirais. O modelo especifico escolhido para estudo foi o Modelo 3-3-1 com neutrinos de m~ao direita (3-3-1RH), e todas as suas principais características são analisadas. Para aplicações a Cosmologia, o 3-3-1 foi analisado em suas aplicações ao problema da Matéria Escura. Neste caso, analisar-se-~ao candidatos a Matéria Escura em uma extensão do 3-3-1, chamada Modelo 3-3-1 Left-Right (3L3R). Estes candidatos s~ao neutrinos estereis de massa na escala keV, e a eles s~ao aplicados os limites cosmológicos impostos por Decaimento em Raio-X, Neff e Abundância de matéria escura. 3 casos foram analisados: (1) Desacoplamento dos neutrinos estereis anterior a aniquilação dos múons. (2) Desacoplamento anterior a aniquilação dos pons; (3) Desacoplamento anterior a Hadronização. A aplicação dos limites supracitados revelou que estes neutrinos n~ao sofrem de restrições de decaimentos em Raio-X. Para cada um dos 3 casos, o valor de Neff por neutrino estéril foi de 3.69, 3.53 e 3.09, respectivamente. Como experimentalmente, Neff = 3:280:28, conclui-se que em 2 dos casos, apenas 1 neutrino novo e admitido, e no caso restante os 3 neutrinos novos do 3L3R s~ao possíveis. Por m, o calculo de abundância revelou um excesso destes neutrinos, usando-se o método para calculo de abundância de neutrinos ativos. A abundância calculada e maior que a medida experimentalmente em todos os casos posseis para o modelo, mesmo considerando-se um caso limite. Dessa forma, conclui-se que algum mecanismo alternativo de diluição de densidade destes neutrinos e necessário

Abstract: In this dissertation, one of the extensions of the Standard Model of Elementary Particles(SM), known as the '3-3-1 Extension\', and its aplication to Cosmology are analysed. This class of models constitutes one of the most economical extensions of the Standard Model, and have among its...

Abstract: In this dissertation, one of the extensions of the Standard Model of Elementary Particles(SM), known as the '3-3-1 Extension\', and its aplication to Cosmology are analysed. This class of models constitutes one of the most economical extensions of the Standard Model, and have among its qualities answers to open problems within the SM. Among them, we mention the generation problem and the quark mass assymetry problem. Both of these problems are answered trough the use of a internal consistency criterion of the model: The cancelation of chiral anomalies. The model chosen for study was the 3-3-1 Model with right handed neutrinos (3- 3-1RH), and all its main caracteristics are analysed. To aplications to Cosmology, the 3-3-1 was studied within the Dark Matter problem. In this case, we analyse dark matter candidates in one extension of the 3-3-1, known as the Left-Right 3- 3-1 Model (3L3R). These candidates are sterile neutrinos with keV masses, and to them cosmological limits are applied. These limits are the decays into X-Rays, Neff and Dark Matter Abundance. 3 cases were analysed: (1) Decoupling of the sterile neutrinos before muon annihilation; (2) Decoupling before pion annihilation; (3) Decoupling before Hadronization. The application of the limits mentioned above revealed that these neutrinos do not, at the moment, have any restrictions coming from decays into X-Rays, because this kind of decay is forbidden in the 3L3R. For each of the 3 cases, Neff had the value of 3.69, 3.53 e 3.09, respectively. When this is compared with the experimental value, Neff = 3:28 0:28, we conclude that in two cases, only one sterile neutrino is roughly allowed. In the remaining case, all 3 new neutrinos of the 3L3R are possible. The calculation of abundance revelead an excess of these neutrinos, using the method that is used to calculate abundance of active neutrinos. The calculated abundance is bigger than the experimentally determined in all possible cases, even when we consider a limit case. We conclude that some alternative mechanism for density dilution is necessary