在 LHC 上通过远前向乳胶与液氩探测器中的核散射发现暗物质

LHC 可能产生轻的、弱相互作用的粒子，这些粒子衰变为暗物质，从而在远前向产生一束强烈且高度准直的暗物质粒子。我们研究了在拟建于未来前向物理设施的两种远前向探测器中探测该暗物质的前景：FASER$\nu$2，一台 10 吨乳胶探测器，以及 FLArE，一台 10 至 100 吨 LArTPC。我们在此关注核散射，包括弹性散射、共振 π 产生和深度非弹性散射，并设计出能有效去除中微子诱导本底的切割。在不可见衰变暗光子情形下，DM-核散射探测了暗物质质量 5 MeV $\lesssim m_{\chi} \lesssim$ 500 MeV 的新参数空间。当与先前研究的 DM-电子散射结合时，FASER$\nu$2 和 FLArE 将能在 MeV $\lesssim m_{\chi} \lesssim$ GeV 的宇宙学偏好参数空间的广大区域内发现暗物质。