¿Restricciones sobre nuevos fermiones estables desconocidos?

Question

Esta pregunta es más bien especulativa, pero me gustaría plantearla de todos modos. ¿Cuáles son las limitaciones de la posibilidad de descubrir nuevos fermiones estables desconocidos de algún tipo en el futuro?

Si no me equivoco, podemos excluir las partículas más ligeras que ~400 GeV, de lo contrario ya se mostrarían de alguna manera en los experimentos realizados hasta ahora. O tendrían que interactuar muy poco con nuestra materia y con la radiación electromagnética, como hacen los axiones. ¿Existen otros límites fuertes? (en masa, carga, espín, acoplamiento al sector fuerte/electrodébil, etc.)

Estoy particularmente interesado en las restricciones sólidas, soy consciente de que según la mayoría de las teorías estándar, probablemente no haya nuevos fermiones estables esperado pero me interesa saber qué podemos descartar realmente.

Answer 1

Como menciona CuriousOne en el comentario, si el nuevo fermión no tiene carga bajo ninguna de las simetrías gauge entonces no interactuará con nada (excepto gravitatoriamente) por lo que apenas tenemos restricciones sobre dichas partículas.

Por otro lado, si estás pensando más en las líneas de un fermión que es "similar" a $e, \mu$ o $\tau$ pero sólo más pesado, entonces en realidad estás preguntando por las limitaciones de una cuarta generación. Es razonable esperar que tal fermión vaya acompañado de un neutrino ligero, de la misma manera que los demás. Sin embargo, el número de familias de neutrinos ligeros se ha medido experimentalmente con gran precisión, véase por ejemplo http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-light-neutrino-types.pdf . Así que esta propuesta queda descartada.

Por lo tanto, el nuevo fermión irá acompañado de un neutrino pesado (o de ningún neutrino). Entonces tienes que explicar por qué esto sería así y las limitaciones de la nueva partícula dependerán del modelo que propongas.

Answer 2

En la supersimetría cada partícula del modelo estándar tiene un supercompañero. Pero los fotones, los gluones y los bosones W y Z no tienen fotinos, gluinos, winos y zinos como supercompañeros, sino neutralinos que son un poco de fotinos, gluinos, winos y zinos. El neutralino más ligero que es un fermión es probablemente estable. Probablemente son neutros, no tienen carga de color e interactúan por la interacción débil. También interactúan a través de la gravedad. Podrían ser un componente de la materia oscura. Hay otros 3 neutralinos pero son inestables. Su masa es desconocida.