在 LHC 用远前向乳胶与液氩探测器探测暗物质

新的轻粒子可能在 LHC 的远前向区域大量产生，随后衰变为暗物质，并可通过其在远前向实验中的散射被探测到。我们考虑不可见衰变暗光子的例子，其通过 $A' \to \chi \chi$ 衰变为暗物质。暗物质随后可通过其与电子的散射 $\chi e^- \to \chi e^-$ 被探测到。我们考虑放置在距 ATLAS 相互作用点 480 m 的束流碰撞轴上的探测器的发现潜力，包括一个乳胶探测器（FASER$\nu$2）以及首次提出的远前向液氩实验（FLArE）。对于每种探测器技术，我们设计了能有效将单 $e^-$ 信号与主要的由中微子和缪子诱导的本底分开的截断。我们发现，在 HL-LHC 时期，10 至 100 吨的探测器可能探测到数百到数千个暗物质事件，并将灵敏地探测参数空间的温热遗迹区域。这些结果推动了在 LHC 建造远前向乳胶和液氩探测器，以及如所提议的前向物理设施这样的合适安置地点。