LHC 对 $(B-L)_3$ 规范玻色子的限制

在本文中，我们探讨了 LHC 能够对主要耦合到第三代费米子的有质量规范玻色子 $X$ 施加的限制。这样的规范玻色子出现在第三代的 $B-L$ 被规范化的情形中。我们聚焦于当前限制缺失的质量区间 $10 \leq m_X \lesssim 2\,m_W$，并发展了一种专门的搜索策略。对于该质量区间，我们表明 $b \bar b \tau^+ \tau^-$（其中至少一个 $\tau$ 轻子衰变）是在 LHC 上寻找 $X$ 的最优通道。由 $b$ 夸克的 QCD 产生，结合来自 $\tau$ 衰变的轻子的洁净性，使我们能够以 $100 \ \text{fb}^{-1}$ 的积分亮度探测到耦合为 $g_X \sim(0.005-0.01)$（对于 $m_X < 50 \ \text{GeV}$）以及耦合为 $O(0.1)$ 的较重 $X$ 规范玻色子（对于更重的 $X$）。这相比来自 $\Upsilon \to \tau^+ \tau^-$ 衰变的先前限制约有 2-10 倍的改进。外推到 HL-LHC 全部 $3000 \ \text{fb}^{-1}$ 的亮度，对于 $m_X < 50 \ \text{GeV}$ 的 $g_X$ 限制可再增强 $\sqrt{2}$ 倍。