通过时间发现迷你宇宙：FASER 及未来 LHC 前向实验中的奇点探测

奇点是强耦合暗子域的通用预测。对于弱尺度质量和暗子域中广泛范围的束缚尺度，奇点只能在能量前沿被发现，但奇点-反奇点对以非寻常信号形式在低 $p_T$ 产生，使得在大型 LHC 检测器中难以检测。我们确定了在 FASER、FASER2 以及 LHC 前向区域中一个“终极探测器”中使用时间信息发现奇点的前景。我们在奇点产生模拟中包含了 NLO QCD 修正，这会显著增加产生率。为了准确地将奇点对从 ATLAS 相互作用点传播到前向探测器，我们正确地考虑了穿过物质的带电奇点离子化能损失、在奇点对振荡期间辐射的非彩色胶球和 QCD 介质散生、以及奇子onium 的湮灭。通过要求来自探测器的两条同时延迟轨迹（基于到达时间）或两条同时慢速轨迹（基于前后扫描器击中之间的时间差），我们利用扫描器探测器的时间信息将奇点信号与大量μ子背景分离。我们发现，简单剪裁保留了大部分信号，但将μ子背景降至可忽略的水平。通过已收集的数据，FASER 可以在当前未受约束的参数空间中发现奇点。FASER2 在 HL-LHC 时代的前向物理设施上运行，将大大扩展探测范围，探测动机来自规范层次问题的 TeV 级奇点质量，覆盖暗子域束缚尺度从 100 eV 到 100 keV 的广泛范围。