到 $\tau$ 夸克的异域 $h \to Z a$ 希格斯衰变

在高亏度 LHC 中，由于将产生约 $3 \times 10^8$ 个 125 GeV 希格斯玻色子，异域希格斯衰变成为最值得探索的领域之一。在此背景下，我们提出了一种新的搜索通道，其中希格斯玻色子衰变为 (电子/夸克衰变) $Z$ 玻色子和一个轻型 BSM 伪标量 $a$，后者随后衰变为一对 $\tau$ 夸克 ($h \to Z a \to \ell\ell \tau\tau$)。在进行既有 ATLAS 和 CMS 异域希格斯衰变搜索的验证后，我们分析了我们的 $a\to \tau\tau$ 搜索在 HL-LHC 投影灵敏度，针对异域希格斯衰变的两体区。我们能够通过利用电子和夸克 $\tau$ 衰变探测质子数 $m_a \in [5,\, 33]$ GeV，并建立对分支比率 ${\rm BR}(h \to Z a) \times {\rm BR}(a \to \tau\tau)$ 的模型无关 95\% 置信区间灵敏度投影。这些 $a\to \tau\tau$ 投影可对轻质子提供具有竞争力的探测，具体取决于模型，可能比现有实验搜索在 $a \to \mu\mu$ 和 $a \to \gamma\gamma$ 最终状态下的灵敏度更为显著。最后，我们探索了我们的搜索用于探测火星网太空站 (JWST) 在 $z \gtrsim 5$ 处最近发现的“小红点”群体的 ALP 解决方案，以解决 $\mu (g-2)$ 异常 (当按字面意义理解时)，我们发现我们提议的 $h\to Z a$, $a\to\tau\tau$ 搜索可为此类 ALP 场景提供有价值的约束，补充现有的 $h\to Z a$, $a \to \gamma\gamma$ 实验搜索。