LHC 及更远超上对 $L_\mu - L_\tau$ 相互作用的约束

在本文中，我们考察了专用的 LHC 多轻子搜寻能够对来自规范化的缪子数减陶子数 $L_{\mu}-L_{\tau}$ 的 $Z'$ 玻色子施加的约束。由于 $L_{\mu}-L_{\tau}$ 规范玻色子在树能级不与质子组分或电子耦合，当前的界限相当宽松，特别是对于 $M_{Z'} \gtrsim 1\, \rm GeV$。对于 $2m_{\mu} < M_{Z'} < M_Z/2$，我们利用 $pp \rightarrow Z \to 4\, \mu$ 信道开发了搜寻策略。末态的洁净性，加上 $pp \to Z \to 4 e$、$Z \to 2e\,2\mu$ 可用作本底控制样本这一事实，使我们能够发现耦合强度为电弱标准模型耦合 $\mathcal O(10^{-3})$ 倍的 $L_{\mu}-L_{\tau}$ $Z'$。对于更轻的 $Z'$，我们提出 $pp \rightarrow 2\mu + \displaystyle{\not} E_T$ 模式。缺失能量的存在意味着在该末态中需要考虑更广泛的本底，例如轻子型衰变 $\tau$ 对的 Drell-Yan 产生，但我们发现这些可以通过精细的截断加以控制。结合 $4\, \mu$ 和 $2\,\mu + \displaystyle{\not} E_T$ 模式，我们发现，在约 $3 \, \text{ab}^{-1}$ 的积分亮度下，我们对 $0.5\, \rm GeV \le M_{Z'} \le 40\, \rm GeV$ 的耦合 $g_{Z'} \gtrsim 0.005\, g_1$ 以及 $M_{Z'} < 2\, m_{\mu}$ 的 $g_{Z'} \gtrsim 0.001\, g_1$ 敏感。该区域包含了 $L_{\mu}-L_{\tau}$ 模型能够改善缪子 $g-2$ 反常的参数空间。我们在未来的 $e^+e^-$ Z 工厂上重复了这些分析，发现灵敏度有所提高。具体而言，给定 $2.6\, \rm ab^{-1}$ 的亮度，我们可以排除 $2\, m_{\mu} \le M_{Z'} \le M_Z/2$ 范围内 $g_{Z'} \gtrsim 0.001\, g_1$ 的情况。