Aniquilación electrón-positrón en procesos electrodébiles

Abstract

El objetivo principal de este trabajo consiste en estudiar los procesos resultantes de la interacción electromagnética electrón-positrón mediante el cálculo y posterior análisis de sus secciones eficaces. En concreto, se examina el denominado scattering Bhabha (𝑒−𝑒+ →𝑒−𝑒+) y la producción de leptones en el estado final (𝑒−𝑒+ → 𝑙−𝑙+), haciendo especial énfasis en el caso de los muones. Además, aunque durante el trabajo no se aborde el cálculo que conduce a su sección eficaz, también se presentará la producción de fotones con la finalidad de compararlo con el resto de los procesos estudiados. En primer lugar, durante la introducción se presenta la ecuación de Dirac y el concepto de antipartículas, ideas fundamentales para el trabajo y que sientan los precedentes de la teoría cuántica de campos, el formalismo utilizado para la descripción de partículas relativistas. A continuación, en el capítulo II se detalla el formalismo de la electrodinámica cuántica presentando, entre otros, el concepto de la matriz de dispersión, esencial para el cálculo de las secciones eficaces de los procesos estudiados. Finalmente, el capítulo III se enfoca en un estudio de la cinemática de dichas secciones eficaces analizando la contribución de cada proceso en la interacción electromagnética electrón-positrón y, de manera general, leptón antileptón. Además, se comprobará la validez de las expresiones teóricas comparándolas con datos experimentales. Por último, merece la pena resaltar que la motivación y relevancia de este estudio reside en que constituye una introducción al cálculo de secciones eficaces en régimen relativista a través del formalismo de la electrodinámica cuántica. De este modo, se sientan las bases para el estudio de proceso más complejos que involucren partículas con estructura interna, fuerzas nucleares o sistemas ligados.