在 LHC 前向实验中搜寻轻暗光子的新方案

我们提出一种在 LHC 前向实验（包括 SND@LHC 与 FASER 实验）中发现轻暗光子的新途径。假设暗光子比两倍电子质量更轻且与普通物质微弱相互作用，其寿命足够长，可穿过前向实验前 100 m 的岩石以及探测器靶体。然而，其中一部分可能通过与探测器靶体的相互作用在探测器内部转化为电子-正电子对，留下孤立的电磁簇射作为暗光子的清晰新物理信号。借助 LHC 前向区中性 π 介子衰变大量产生的暗光子，我们预期在探测器内观测到可观事例。我们的估计表明，对于暗光子质量 $m_{A^\prime} \lesssim$ 1 MeV，在 150 fb$^{-1}$ 与 3 ab$^{-1}$ 积分亮度下，分别在动力学混合参数 $6.2\times10^{-5} \lesssim \epsilon \lesssim 2\times10^{-1}$ 与 $3\times10^{-5} \lesssim \epsilon \lesssim 2\times10^{-1}$ 范围内可观测到超过 10 个暗光子信号事例。