利用电子固定靶实验寻找衰变为e+e-的新矢量玻色子A'

我们描述了一个实验，旨在寻找一种新的矢量玻色子A'，其与电子的弱耦合常数α' > 6 × 10^{-8} α（α = e^2/4π），质量范围在65 MeV < m_A' < 550 MeV。具有如此小耦合常数的新矢量玻色子自然源于“暗光子”A'与光子的微小动力学混合——这是新力与标准模型耦合的极少数方式之一——并作为各种暗物质相关异常的解释而受到广泛关注。A'玻色子通过电子束的轫致辐射产生，并可能在三叉e+e-谱中表现为具有小产生截面的窄共振峰。我们总结了提交给杰斐逊实验室PAC35的提案PR-10-009中描述的实验方法。该实验，即A'实验（APEX），利用杰斐逊实验室连续电子束加速器设施（CEBAF）能量约为1-4 GeV的电子束，轰击0.5-10%辐射长度的钨丝网靶，并使用A厅的高分辨率谱仪和隔板磁铁测量产生的e+e-对来寻找A'。通过约一个月的运行，APEX将获得非常好的灵敏度，因为在所探索的质量范围内，e+e-对的统计量将比任何先前的A'玻色子搜索大10,000倍。这些统计量以及谱仪出色的质量分辨率，使得对α'/α的灵敏度比当前极限低一到三个数量级，覆盖了具有重要理论和现象学兴趣的参数空间区域。类似的实验也可以在其它设施（如美因茨微子加速器）上进行。