通过 LHC 上希格斯玻色子产生搜寻暗光子

在各种新物理图景中预言了在暗 sector 中传递长程力的暗光子 $\bar \gamma$，并且正在实验中被密集搜寻。我们扩展了一项先前关于通过 LHC 上希格斯玻色子产生而进行的暗光子发现过程的研究。得益于希格斯玻色子的非退耦性质，对于无质量暗光子，即使在高重暗 sector 图景下，BR($H\to \gamma\bar \gamma$) 值也可能达到几个百分点。相应的信号（对于静止的希格斯玻色子）包括一个能量为 $E_{\gamma}= m_H/2$ 的显著单色光子，以及相近数量的缺失能量。我们在 LHC 上对 14 TeV 下的胶子融合和 VBF（矢量玻色子融合）希格斯产生机制进行了模型无关分析，包含了部分子簇射效应，并且用更真实的背景建模更新了我们先前在 8 TeV 胶子融合通道的部分子水平分析。我们发现，在胶子融合通道中，对于 BR($H\to \gamma\bar \gamma)\simeq\,$0.1%，在积分亮度 $L\simeq 300\, {\rm fb}^{-1}$ 下可达到 $5\sigma$ 灵敏度。相应的 VBF 探测范围则限制在 1%。这样的衰变率可以自然地在源于未破缺 $U(1)_F$ 模型的暗光子图景中获得，该模型解释了 Yukawa 耦合的起源与层级，从而强烈动机在 LHC 上搜寻这一奇异希格斯衰变。