Belle II 上长寿命粒子探测器的物理探测范围

我们研究了位于日本筑波 \superkekb 加速器上用于搜寻长寿命粒子的新远距探测器 GAZELLE 的三种现实基准几何结构。该新探测器将安置于 Belle II 同一建筑内并观测相同的 $e^+e^-$ 对撞。为评估 GAZELLE 的发现范围，我们研究了三个预言长寿命粒子的新物理模型：tau 轻子衰变中产生重中性轻子、$B$ 介子衰变中产生类轴子粒子，以及由非弹性暗物质驱动、伴随暗光子产生的新标量。我们发现 GAZELLE 在新物理发现范围上相比 Belle II 对同一末态的预估并无显著增益。主要原因是对 GAZELLE 角接受度与尺寸的实际限制，使其至多与 Belle II 相当，尽管远距探测器本底可降至低速率。若 Belle II 有所发现，长寿命粒子远距探测器将很有动机，因为 GAZELLE 内部的衰变有助于研究衰变产物。取决于 GAZELLE 的放置位置，对前向产生轻长寿命粒子或禁闭隐力的信号的搜寻也可受益于此类远距探测器。我们的总体结论可有助于指导未来正负电子对撞机（如 ILC、FCC-ee 或 CEPC）上远距探测器的设计。