LUXE-NPOD：在 LUXE 上利用光学靶搜寻新物理
高能物理 - 唯象学
2023-01-11 v1 高能物理 - 实验
摘要
我们提出一种搜寻弱相互作用有质量粒子的新方法，利用高能电子与强激光脉冲碰撞系统的两个性质。第一个性质是电子-强激光碰撞产生大量硬光子通量，因为激光有效地表现为厚介质。第二个性质是发射的光子在激光内部自由流动，因此对其而言激光有效地表现为极薄介质。结合这两特征意味着电子-强激光碰撞是一种能将紫外电子高效转换为大量硬、共线光子通量的装置。我们进一步提议将此独特的大通量硬光子引向一个物理靶，其又能产生弱相互作用有质量粒子，位于此前从未探测过的参数区域。我们将此新装置称为“光学靶”或 NPOD（利用光学靶搜寻新物理，new physics search with optical dump）。拟议的 Eu.XFEL 上的 LUXE 实验具备上述实验概念所需的全部基本要素。我们讨论如何通过在该实验最后一个物理靶后添加探测器以重建新自旋-0 粒子的双光子衰变产物，从而在实践上实现此概念。我们表明即使使用相对短的靶，该搜寻仍可无背景。值得注意的是，即使使用对应于初始运行的 40 TW 激光，且肯定使用主运行一年取数下的 350 TW 激光，LUXE-NPOD 将能探测赝标量和标量场两类模型此前未涉足的领域，特别是探测质量高于 100 MeV 的标量理论的自然参数区。
引用
@article{arxiv.2107.13554,
title = {LUXE-NPOD: new physics searches with an optical dump at LUXE},
author = {Zhaoyu Bai and Thomas Blackburn and Oleksandr Borysov and Oz Davidi and Anthony Hartin and Beate Heinemann and Teng Ma and Gilad Perez and Arka Santra and Yotam Soreq and Noam Tal Hod},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.13554},
year = {2023}
}
备注
10 pages, 4 figures, and 6 pages of supplementary material