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搜寻 X17 粒子的新直接探测电子散射实验

核实验 2023-01-26 v2

摘要

一项用于验证和理解隐 sector 粒子本质、特别关注所谓 X17 粒子的新电子散射实验(E12-21-003)已在 Jefferson Lab 获批。搜寻这些粒子的动机来自为解释多种实验与观测谜题而引入的新隐 sector 模型:多个核跃迁中观测到的 e+ee^+e^- 对超出、实验与标准模型对缪子反常磁矩预言之间 4.2σ\sigma 的不一致,以及宇宙学模拟中的小尺度结构谜题。前述 X17 粒子被假设用于解释 ATOMKI 小组观测到的 8^8Be M1、4^4He M0 以及最近的 12^{12}C E1 核跃迁到基态时观测到的 e+ee^+e^- 对超出。本实验将使用高分辨率电磁量能器,通过其 e+ee^+e^- 衰变(或有限径迹的 γγ\gamma\gamma 衰变)搜寻或设定 X17 及其他隐 sector 粒子在 3603 - 60 MeV 质量范围内的产生率新上限。在这些模型中,11001 - 100 MeV 质量范围尤其具有动机,而该范围较低部分仍未被探索。我们提议的直接探测实验将使用无磁谱仪装置(PRad 装置)探测隐 sector 粒子可见衰变中的所有三个末态粒子,以有效抑制本底,并在单次设置中覆盖提议的质量范围。使用已充分验证的 PRad 装置使得在 3603 - 60 MeV 质量范围内搜寻隐 sector 粒子几乎随时可运行且独具成本效益,对 ϵ2\epsilon^2(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×\times108^{-8} - 5.8×\times109^{-9}

关键词

引用

@article{arxiv.2301.08768,
  title  = {A new direct detection electron scattering experiment to search for the X17 particle},
  author = {D. Dutta and H. Gao and A. Gasparian and T. J. Hague and N. Liyanage and R. Paremuzyan and C. Peng and W. Xiong and P. Achenbach and A. Ahmidouch and S. Ali and H. Avakian and C. Ayerbe-Gayoso and X. Bai and M. Battaglieri and H. Bhatt and A. Bianconi and J. Boyd and D. Byer and P. L. Cole and G. Costantini and S. Davis and M. De Napoli and R. De Vita and B. Devkota and B. Dharmasena and J. Dunne and L. El Fassi and V. Gamage and L. Gan and K. Gnanvo and G. Gosta and D. Higinbotham and C. Howell and S. Jeffas and S. Jian and A. Karki and B. Karki and V. Khachatryan and M. Khandaker and V. Kubarovsky and I. Larin and M. Leali and V. Mascagna and G. Matousek and S. Migliorati and R. Miskimen and P. Mohanmurthy and H. Nguyen and E. Pasyuk and A. Rathnayake and J. Rittenhouse West and A. Shahinyan and A. Smith and S. Stepanyan and E. van Nieuwenhuizen and L. Venturelli and B. Yu and Z. Zhao and J. Zhou},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2301.08768},
  year   = {2023}
}

备注

6 pages, 7 figures. arXiv admin note: substantial text overlap with arXiv:2108.13276