用高能对撞机照亮暗光子
摘要
高能对撞机对暗光子具有独特的探测灵敏度，暗光子是一种破缺的暗U(1)规范理论的媒介子，该理论与标准模型(SM)超荷发生动力学混合。暗光子可以通过125 GeV希格斯玻色子的奇异衰变 h -> Z Z_D -> 4l 以及Drell-Yan过程 pp -> Z_D -> ll 进行探测。如果暗U(1)通过隐藏扇区希格斯机制破缺，那么暗希格斯玻色子与标准模型希格斯玻色子之间的混合也会允许奇异衰变 h -> Z_D Z_D -> 4l。我们证明，14 TeV大型强子对撞机(LHC)和100 TeV质子-质子对撞机为这两种奇异希格斯衰变道提供了强大的探测能力。在仅有动力学混合的情况下，直接Drell-Yan产生对Z_D的灵敏度最佳，在HL-LHC (100 TeV pp对撞机)上可探测 epsilon >~ 9 x 10^(-4) (4 x 10^(-4))。奇异希格斯衰变 h -> Z Z_D 的灵敏度稍弱，但两种测量对于区分动力学混合的暗光子与其他场景都是必要的。如果希格斯混合也存在，那么通过寻找长寿命暗光子衰变，衰变道 h -> Z_D Z_D 可在质量范围 2 m_mu < m_(Z_D) < m_h/2 内对 epsilon >~ 10^(-9) - 10^(-6) (10^(-10) - 10^(-7)) 的Z_D提供灵敏度。我们还将pp对撞机上的Z_D灵敏度与电弱精确观测量全局拟合的间接但模型无关的灵敏度进行了比较。我们对暗光子模型进行了全局电弱拟合，大幅更新了文献中的先前工作。LEP、Tevatron和LHC的电弱精确测量排除了低至 3 x 10^(-2) 的epsilon。利用HL-LHC数据，灵敏度可提高约2倍，利用ILC/GigaZ数据可再提高约4倍。
引用
@article{arxiv.1412.0018,
title = {Illuminating Dark Photons with High-Energy Colliders},
author = {David Curtin and Rouven Essig and Stefania Gori and Jessie Shelton},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.0018},
year = {2015}
}
备注
36 pages + references, 14 figures, 3 tables. Fixed typos, added references