论长寿命粒子的起源

MATHUSLA 是一个提议中的大体积位移顶点（DV）探测器，位于 CMS 上方地表，旨在搜索在 HL-LHC 产生的长寿命粒子（LLP）。我们表明，在 MATHUSLA 上发现 LLP 不仅能证明超出标准模型（BSM）物理的存在，还能揭示 LLP 的理论起源，尽管 MATHUSLA 不收集 LLP 衰变产物的能量或动量信息。我们的分析简单且稳健，易于推广到更复杂的 LLP 情形，且我们的方法适用于在 ATLAS、CMS、LHCb 或其他外部探测器中发现的 LLP 衰变。若探测到 LLP，MATHUSLA 可作为主探测器的 Level-1 触发器，保证 LLP 产生事件在 CMS 中被读出。我们进行了 LLP 简化模型分析，表明结合 MATHUSLA 和 CMS 探测器的信息，仅需约 $\sim 100$ 个观测到的 LLP 衰变即可确定 LLP 产生模式的拓扑结构。潜在的理论参数，如 LLP 和母粒子质量，也可以 $\lesssim 10\%$ 的精度测量。结合来自观测到的 DV 几何性质的 LLP 衰变模式信息，显然 MATHUSLA 与 CMS together 将能够非常详细地刻画任何新发现的物理。