Exotic properties of neutrinos using effective Lagrangians and specific models

En este trabajo doctoral estudiamos algunas propiedades no estándar de los neutrinos a través de las sinergias entre teorías de campos efectivas y modelos. Los fenómenos elegidos son analizados, en una primera etapa, a través de operadores efectivos, lo cual permite estudiar sus consecuencias sin especificar los detalles de su origen y, a la vez, derivar algunas estimaciones sobre la escala de masas de las partículas que serían necesarias para producir los nuevos fenómenos. En una segunda etapa proponemos modelos concretos que dan lugar a esas interacciones efectivas; los modelos contienen más información que la teoría efectiva y nos permiten poner a prueba las conclusiones que habíamos extraído en primera instancia, demostrando que no contenían ambigüedades; además, los modelos también permiten explorar los aspectos del fenómeno en cuestión que quedan fuera del alcance de la teoría efectiva -- aunque, eso sí, las consecuencias que se extraigan en este caso se circunscribirán sólo al modelo considerado, y no al fenómeno en su conjunto. El texto está dividido en dos partes: en la primera aplicamos estas ideas a una interacción efectiva que genera momentos dipolares magnéticos para neutrinos dextrógiros, y en la segunda analizamos una familia de operadores sin quarks que violan el número lepónico y que pueden generar, a la vez, masas de neutrinos pequeñas y tasas altas de desintegración doble beta sin neutrinos. Los momentos magnéticos de neutrinos dextrógiros pueden potencialmente manifestarse en una plétora de diferentes escenarios, y el hecho de que no los hayamos observado permite acotar su valor, y por ende las masas de las nuevas partículas asociadas. Los operadores analizados en la segunda parte del texto tienen potencial para dominar el proceso de desintegración doble beta sin neutrinos y para arrojar señales en diferentes experimentos en el futuro inmediato; estos operadores se pueden clasificar según la quiralidad de los leptones involucrados, y las masas de neutrinos que inducen presentan claras jerarquías relacionadas con los valores de las masas de los leptones cargados. En ambos casos proporcionamos modelos de ejemplo que dan lugar a esta fenomenología, y analizamos su observabilidad en experimentos presentes y planeados para un futuro próximo.This doctoral dissertation presents several works on nonstandard properties of neutrinos exploiting the synergies between effective field theory and models. The phenomena are first analysed by means of effective operators, which allow to discuss their phenomenological consequences and to derive estimations about the mass scale of the heavy particles needed to induce the new interactions. In a second phase we propose models that realise the effective operators, allowing us to check the conclusions of effective field theory as well as to extract new phenomenological features of the scenarios considered. The text is divided into two parts: in the first one we apply these ideas to an effective interaction that generates magnetic dipole moments for right-handed neutrinos, and in the second one we discuss a family of operators that violate lepton number without quarks, and which can allow for large rates of neutrinoless double beta decay and small neutrino masses. The right-handed neutrino magnetic moments have the potential to show up in many different scenarios, and the nonobservation of the associated phenomenology allows to constrain their value, and therefore the associated new physics scale. The operators discussed in the second part of the text can potentially dominate neutrinoless double beta decay and provide signals in the next generation of experiments; they can be classified according to the chirality of the two final-state leptons, and induce neutrino mass matrices with a well-defined hierarchy related to that of the charged lepton masses. In both cases we provide example models that realise the phenomenology and we discuss their observability in ongoing and near-future experiments