利用高能强子对撞机上的极化束流表征新物理

TeV 能区目前正由大型强子对撞机 (Large Hadron Collider) 的 ATLAS 和 CMS 实验进行探索，人们正在广泛搜寻标准模型之外的现象。许多模型参数空间的大部分已被排除，即将到来的能量和亮度升级肯定会扩大搜索覆盖的范围。如果要在未来几年发现新物理，高能物理计划的最终目标将包括完全表征新发现的自由度，如它们的质量、自旋和耦合。本文旨在展示高能质子 - 质子对撞机上极化束流的可用性如何在不同的标准模型之外场景之间提供独特的鉴别能力。我们首先以模型无关的方式讨论了这种鉴别能力如何源于极化和非极化部分子分布函数之间的差异。随后，我们展示了极化束流不仅允许区分产生相同末态特征的不同产生机制，还能获取关于理论中假设的新物理部分参数的信息。这一点在导致单顶夸克 (monotop) 产生的一类特定场景中得到了说明。我们考虑了三种可能在非极化质子碰撞中产生单顶夸克特征的特定模型，并展示了如何通过极化碰撞中的单自旋和双自旋不对称性来区分它们。我们的结果既适用于质心能量为 14 TeV 的大型强子对撞机，也适用于最近提出的假设质心能量为 100 TeV 的未来环形对撞机 (Future Circular Collider)。