LHC 上的暗介子

一个新的强耦合暗扇区现在可能已可被 LHC 搜寻触及。这些暗扇区由在标准模型电弱群下带电并与希格斯相互作用、但在标准模型色下中性的组分所形成的复合粒子构成。在这些情形中，最有希望的目标是暗介子扇区，包含暗矢量介子和暗π介子。本文中，我们研究在保持整体 SU(2) 暗味对称性的理论中，LHC 上的暗介子产生与衰变。暗π介子可通过共振暗矢量介子产生 $p p\to\rho_D\to\pi_D\pi_D$ 成对产生，并以两种不同方式衰变：规范疏嗜型（gaugephobic），通常当 $\pi_D\to f\bar{f}'$ 占主导；或规范亲嗜型（gaugephilic），一旦运动学允许则以 $\pi_D\to W+h,Z+h$ 占主导。不同于 QCD，由于暗味对称性，$\pi^0_D\to\gamma\gamma$ 衰变几乎不存在。我们重新诠释大量 LHC 搜寻以确定对暗介子产生与衰变的当前约束。当 $m_{\rho_D}$ 略重于 $2 m_{\pi_D}$ 且 $\rho_D^{\pm,0}$ 与弱规范玻色子动力学混合时，8 TeV 同号轻子搜寻策略给出最佳界限 $m_{\pi_D}>500$ GeV。然而，当仅有 $\rho^0_D$ 与超荷动力学混合时，我们发现 LHC 最强界限为 $m_{\pi_D}>130$ GeV，仅略优于 LEP II 的结果。我们发现 LHC 搜寻相对不敏感，尤其在 13 TeV，主要归咎于其对高质量对象或大缺失横能（MET）的偏好。专门的搜寻无疑会显著改善灵敏度。我们提供一个 GitHub 页面以加速这些搜寻在未来 LHC 分析中的实现。我们的发现为形式 $pp\to A\to B+C\to SM\, SM+SM\, SM$（其中理论偏好为 SM 是 t、b、$\tau$ 或 W、Z、h）的模型无关搜寻提供了强力动机。