厚重中性夸克子：参数测量、判别Majorana与Dirac、以及利用FASER2作为ATLAS的触发器

本工作探讨了Proposed FASER2实验在LHC中确定发现的厚重中性夸克子 (HNL)性质的潜力，包括其质量、耦合以及它是否为Majorana或Dirac费米子。首先我们考虑一个质量为m_N = 1.84 GeV的Majorana HNL，其主要通过衰变D → μ N在ATLAS相互作用点产生。在ATLAS interaction point 产生的HNL可在远前向方向传播较大距离后衰变，在FASER2中可产生约8600个N → μ π衰变。仅凭FASER2测量，HNL的质量和耦合可分别以约0.1%和3%的分数不确定度在95%置信区间内测量，并可在99.8%置信区间拒绝Dirac费米子假设。随后我们考虑第二个更困难的情况，一个质量为m_N = 2.00 GeV的Majorana HNL，在FASER2中仅产生80个N → μ π衰变。仅凭FASER2，HNL性质的测量仍然可能，但稍微不那么精确。然而，通过将FASER2作为ATLAS的触发器，并测量与HNL相关产生的μ的电荷以搜索轻子数破坏，即可精确测量HNL的性质，并在99.7%置信区间拒绝Dirac费米子假设。这些结果表明，FASER2有时在与ATLAS协调下，能够精确确定HNL的性质，这对我们理解中微子质量、baryogenesis以及自然基本对称性具有深远影响。