固定靶实验中新粒子的Drell-Yan产生：以重中性轻子为例

我们展示了在固定靶或束流靶实验中，来自深度非弹性散射的Drell-Yan产生过程在寻找超出标准模型（BSM）物理方面的灵敏度。我们以重中性轻子（HNLs）作为案例研究，其由质量在 $2-20$ GeV 范围内的轻矢量玻色子介子的衰变产生，而该介子本身通过Drell-Yan过程产生。产生的HNL随后衰变为标准模型末态。我们考虑了当前和未来的几个实验，包括SBND、DarkQuest、DUNE近端探测器（ND）和SHiP。利用HNL衰变产生的 $\nu\pi^0$ 和 $\nu e^+e^-$ 末态，我们发现Drell-Yan机制提供了重要贡献并显著提高了HNL的搜索灵敏度，这是因为产生的末态粒子能量较高，在预期背景下更容易被探测到。我们发现，在 $90\%$ 置信水平的灵敏度下，对于规范耦合 $g_{X} \sim 10^{-2}\ (10^{-3})$ 以及运动学上允许的质量范围，SBND和DarkQuest可以探测到HNL味道混合 $|U_{\ell}| \sim 3\times 10^{-4}\ (10^{-3})$，而DUNE ND和SHiP可能将灵敏度扩展至I型跷跷板机制预测的 $|U_{\ell}| \sim 10^{-5}$。最后，对于我们选择的当前实验约束之外的基准点 $|U_{\ell}| = 10^{-3}$，在固定质量比 $m_{Z'}/m_N = 2.1$ 下，并在 $U(1)_{B-L}$、$U(1)_{B-3L_{\tau}}$ 和 $U(1)_{B}$ 参数空间内进行研究，我们发现SBND和DarkQuest可以探测 $g_{X} \sim 10^{-3}$，DUNE ND可以达到 $g_{X} \sim 10^{-4}$，而SHiP可以探测低至 $g_{X}\sim 5\times 10^{-6}$。我们的方法提供了一种强大的新技术，用于研究未来固定靶实验中的HNL产生，并且可以很容易地扩展到更广泛的暗区模型类别中其他轻BSM粒子的产生。