近探测器还是远探测器？优化正负电子对撞机上的长寿命粒子搜寻

我们探讨了250 GeV ILC上对长寿命粒子的发现潜力。目标是研究专用远探测器相较主探测器ILD可能带来的增益。为具体起见，我们针对通过$e^+e^- \to a \gamma$或$e^+e^- \to Z \gamma \to (a\gamma)\gamma$产生并衰变为带电轻子对的亚GeV类轴子粒子$a$开展研究。在零本底与完美探测效率的理想情形下，我们发现置于规划地下腔体或地面大型长方体中的远探测器至多仅能适度提升对长寿命赝标量的灵敏度。另一方面，ILD因其优异的角覆盖与径向厚度，本身是搜寻长寿命粒子的完美环境。对于以几皮靶恩截面产生的长寿命粒子，ILD在250$\,$fb$^{-1}$数据量下可探测长达300$\,$ns的寿命，或长达100$\,$m的固有衰变长度。对于经弱相互作用产生的类轴子粒子，ILC可达到比Belle II中介子衰变位移顶点搜寻更高的灵敏度。我们的结论同样适用于其他具有高角覆盖的拟议正负电子实验，如FCC-ee与CEPC。