Procesos de desintegración que involucran mesones eta y protones, revelando partículas invisibles y materia generada en el vacío.La desintegración de partículas ocultas se refiere a procesos hipotéticos en los que partículas conocidas, como los mesones eta o los protones, se desintegran en estados finales que incluyen partículas invisibles, es decir, partículas que interactúan tan débilmente con la materia ordinaria que escapan a la detección en los detectores de partículas. Estas partículas invisibles son a menudo candidatas a materia oscura, la misteriosa sustancia que constituye aproximadamente el 85% de la masa del universo pero que no emite ni absorbe luz. El estudio de estas desintegraciones es una estrategia experimental clave para descubrir física más allá del Modelo Estándar, ya que cualquier desviación observada en las tasas o patrones de desintegración predichos podría señalar la existencia de nuevas partículas.
El concepto de productos de desintegración invisibles ha formado parte de la física de partículas desde la década de 1970, particularmente con la búsqueda de neutrinos, que son invisibles para la mayoría de los detectores. La búsqueda moderna de candidatos a materia oscura mediante desintegraciones de partículas ocultas ganó prominencia en la década de 2000 con modelos teóricos como la supersimetría y las dimensiones extra.
En la teoría cuántica de campos, una partícula puede desintegrarse en un conjunto de partículas más ligeras si la conservación de la energía y el momento lo permite. En el caso de la desintegración de partículas ocultas, el estado final incluye al menos una partícula que no interactúa electromagnéticamente ni fuertemente, por lo que no deja rastro en un detector. Los físicos infieren su presencia midiendo la energía y el momento faltantes en la desintegración. Por ejemplo, en una desintegración como K+ → π+ + invisible, la partícula invisible se llevaría una cantidad específica de energía, creando una firma distintiva en el detector. Los experimentos buscan tales firmas en mediciones de alta precisión de desintegraciones raras, a menudo utilizando colisionadores de partículas o instalaciones dedicadas de haz-diana.
Esta investigación informa directamente el diseño de experimentos de física de partículas de próxima generación, como los del Gran Colisionador de Hadrones y los futuros colisionadores propuestos, y ayuda a restringir las propiedades de los candidatos a materia oscura.
La desintegración de un protón en partículas invisibles es una de las sondas más sensibles de las teorías de gran unificación, y experimentos como Super-Kamiokande han establecido límites a la vida del protón que superan los 10^34 años.
| V | variable | Potential energy — energía potencial joule |
| r | variable | Radial distance from source — distancia metre |
| g | variable | Coupling strength (not a universal constant) joule metre |
| λ | variable | Screening length (range of interaction) — longitud metre |
| F | variable | value of the decaying quantity at position x — amplitud varies |
| F_0 | variable | initial value at x = 0 — amplitud varies |
| x | variable | independent variable (position, time, etc.) — posición metre |
| α | variable | decay constant (rate of decay per unit x) — constante de decaimiento per metre |
