Esta tesis trata del estudio de la posible producción y detección de nuevas partículas fundamentales, creadas en lluvias atmosféricas a partir de la colisión de rayos cósmicos con las capas superiores de nuestra atmósfera. Distinguiremos dos grandes categorías para las partículas que podrían buscarse en experimentos terrestres; partículas de vida larga y partículas estables. En el primer caso, consideramos partículas con un tiempo de vida lo suficientemente grande como para propagarse a través de la atmósfera y penetrar bajo tierra para desintegrarse dentro del volumen instrumentado de grandes detectores de neutrinos. Por otro lado, consideramos partículas estables que podrían dispersarse sobre el material objetivo de los experimentos subterráneos, dejando una señal detectable. Los modelos considerados en esta tesis están motivados por acertijos teóricos y evidencia experimental de la física más allá del modelo estándar de la física de partículas. En el Capítulo 1 de esta tesis proporcionamos una descripción general del Modelo Estándar, así como la motivación de las extensiones que se han estudiado en este trabajo. En el Capítulo 2, brindamos una introducción a los rayos cósmicos y las lluvias atmosféricas. En el Capítulo 3 discutimos la producción atmosférica y la detección de nuevas partículas fundamentales pertenecientes a los modelos introducidos en el primer capítulo, proporcionando los principales resultados originales de esta tesis. En el Capítulo 4 se proporciona un compendio en español que incluye la motivación y los resultados de esta tesis. Finalmente, la última parte de este trabajo se puede encontrar en el Capítulo 5, que contiene las publicaciones originales revisadas por pares que constituyen el cuerpo principal de esta disertación.

This thesis deals with the study of possible production and detection of new fundamental particles, created in atmospheric showers from the collision of cosmic-rays with the upper layers of our atmosphere. We will distinguish two broad categories for the particles that could be searched in terrestrial experiments; long-lived particles and stable particles. In the first case, we consider particles with a large enough lifetime that could propagate through the atmosphere, and penetrate underground to decay inside the instrumented volume of large neutrino detectors. On the other hand, we consider stable particles that could scatter on the target material of underground experiments, leaving a detectable signal. The models considered in this thesis are motivated by both, theoretical puzzles, and experimental evidence of physics beyond the Standard Model of particle physics. In the Chapter 1 of this thesis we provide a general overview of the Standard Model, as well as the motivation for the extensions that have been studied in this work. In Chapter 2, we provide an introduction to cosmic-rays and atmospheric showers. In Chapter 3 we discuss the atmospheric production and detection of new fundamental particles belonging to the models introduced on the first chapter, providing the main original results of this thesis. A compendium in Spanish including the motivation, and results of this thesis is given in Chapter 4. Finally, the last piece of this work can be found in Chapter 5, which contains the original peer-reviewed publications that constitutes the main body of this dissertation.