利用 MoEDAL 探测中微子质量模型中的长寿命多电荷粒子

某类中微子质量模型预言了电荷为质子四倍或三倍的长寿命粒子。此类粒子若足够轻，可能在 LHC 上产生并被探测到。我们研究了用 MoEDAL 探测器观测这些长寿命多电荷粒子的可能性，该探测器对低速度（$\beta$）和大电荷（$Z$）且 $\Theta \equiv \beta/Z \lesssim 0.15$ 的长寿命粒子敏感。我们证明，具有大 $Z$ 的多电荷标量粒子为 MoEDAL 带来三重优势：与探测器的强相互作用使 $\Theta$ 减小，以及光融合过程的增强，这不仅增大了产生截面，还降低了平均产生速度，进一步减小 $\Theta$。为展示 MoEDAL 对多电荷长寿命粒子的性能，我们研究了两个具体的中微子质量模型。在第一个模型中，新物理 sector 无颜色，包含电荷为 2、3 和 4 的长寿命粒子。与模型无关的研究发现，若这些粒子分别轻于 600、1100 和 1430 GeV，MoEDAL 在 HL-LHC（$L = 300$ fb$^{-1}$）可期望多于 1 个信号事例。这分别与当前 ATLAS 在 $L = 36$ fb$^{-1}$ 下的限制 650、780 和 920 GeV 相比较。第二个模型具有带颜色的新物理 sector，其长寿命粒子电荷为 4/3、7/3 和 10/3。MoEDAL 在 HL-LHC 相应的质量可达分别为 1400、1650 和 1800 GeV，与当前 CMS 在 $L = 36$ fb$^{-1}$ 下的限制 1450、1480 和 1510 GeV 相比较。在模型相关的研究中，我们探索了中微子质量产生模型的参数空间，并确定了可在 Run-3 结束阶段及高亮度 LHC 上由 MoEDAL 探测的区域。