在 3–60 MeV 质量区间内对隐 sector 新粒子的直接探测搜寻
核实验
2022-08-08 v3 仪器与探测器
摘要
在理解暗物质本质并发现其与普通物质的非引力相互作用的探索中，我们提议使用 PbO 量能器开展实验，以搜寻或设定以下产生速率的新限制：i) 质量在 3–60 MeV 区间的隐 sector 粒子通过其 e⁺e⁻ 衰变（或在有限径迹条件下的 γγ 衰变）产生；ii) 近期多个实验所宣称的假想 X17 粒子。搜寻这些粒子的动机来自为解释各类实验与观测谜题而引入的新隐 sector 模型与暗物质候选者：宇宙学模拟中的小尺度结构谜题、实验与标准模型对缪子反常磁矩预言之间 4.2σ 的分歧等反常，以及 ATOMKI 小组观测到的来自 ⁸Be M1 与 ⁴He 核跃迁至基态的 e⁺e⁻ 对超出。在这些模型中，1–100 MeV 质量区间尤为合理，而该区间较低部分仍未被探索。我们提议的直接探测实验将采用无磁谱仪装置（PRad 设备）探测隐 sector 粒子可见衰变中的全部三个末态粒子，从而有效抑制本底，并在单次设置中覆盖所提议的质量区间。使用已充分验证的 PRad 装置，使得针对 3–60 MeV 质量区间隐 sector 粒子的搜寻几乎随时可运行且独具成本效益，其对 ε²（隐 sector 与可见 sector 之间动力学混合相互作用常数的平方）的灵敏度达 8.9×10⁻⁸ – 5.8×10⁻⁹。本更新提案包含我们对 PAC49 评论的回应。
引用
@article{arxiv.2108.13276,
title = {A Direct Detection Search for Hidden Sector New Particles in the 3-60 MeV Mass Range},
author = {A. Ahmidouch and S. Davis and A. Gasparian and T. J. Hague and S. Mtingwa and R. Pedroni and C. Ayerbe-Gayoso and H. Bhatt and B. Devkota and J. Dunne and D. Dutta and L. El Fassi and A. Karki and P. Mohanmurthy and C. Peng and S. Ali and X. Bai and J. Boyd and B. Dharmasena and V. Gamage and K. Gnanvo and S. Jeffas and S. Jian and N. Liyanage and H. Nguyen and A. Rathnayake and M. Khandaker and D. Byer and H. Gao and C. Howell and B. Karki and V. Khachatryan and G. Matousek and E. van Nieuwenhuizen and A. Smith and B. Yu and Z. Zhao and J. Zhou and A. Shahinyan and K. Gnanvo and D. Higinbotham and V. Kubarovsky and R. Paremuzyan and E. Pasyuk and S. Stepanyan and H. Avakian and M. Battaglieri and R. De Vita and A. Bianconi and G. Constantini and G. Gosta and M. Leali and S. Migliorati and L. Venturelli and V. Mascagna and M. De Napoli and I. Larin and R. Miskimen and P. Cole and W. Xiong and J. Rittenhouse West},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.13276},
year = {2022}
}
备注
47 pages, 44 Figures. JLab PAC50 Proposal