戈德斯通玻色子的对撞机信号

Weinberg 最近提出，源自某些全局隐藏对称性自发破缺的戈德斯通玻色子可能在早期宇宙中发生弱相互作用，并贡献于有效中微子种数 $N_{\text{eff}}$ 的一部分；据报道，$N_{\text{eff}}$ 持续偏离其预期值 3 约 $1 \sigma$。在本文中，我们基于 Weinberg 所研究的全局 U(1) 这一最简情形，详细探讨了针对该有趣想法的一系列实验限制。我们计算了相关轻标量场 $\sigma$ 的衰变分支比，并提出了一种可能在大型强子对撞机 (LHC) 上观测到的信号。在参数空间的某些区域，标量场 $\sigma$ 衰变为一对π介子的分支比约为 $O(1)\%$，而其余部分主要衰变为一对戈德斯通玻色子。其对撞机信号表现为：通过胶子融合产生标准模型希格斯玻色子 $gg \to H$，或与 $W$ 规范玻色子伴随产生 $q \bar{q}' \to H W$，随后发生 $H \to \sigma \sigma \to (\pi\pi) (\alpha\alpha)$ 衰变，其中 $\alpha$ 为戈德斯通玻色子。