利用 LHC 的位移顶点探测重子生成

不对称宇宙重子丰度的产生需要早期宇宙偏离热平衡。在一大类重子生成模型中，重子不对称性源于一个新的、大质量粒子的非平衡衰变。我们强调，在该粒子具有弱能标质量的有趣情景中，这种非平衡条件要求固有衰变长度大于 O(1) mm。此类新场在 LHC 的探测范围内，它们可以成对产生并留下独特的位移顶点特征。这一情景在最近提出的重子生成机制中得以实现，其中重子不对称性是通过亚稳态弱相互作用大质量粒子（"WIMP 重子生成"）的冻结及其随后的衰变产生的。类比于 WIMP 暗物质的缺失能量搜寻，LHC 是通过低本底位移顶点通道探测这些负责重子生成的新长寿命粒子的绝佳工具。在本文中，我们利用 CMS 和 ATLAS 使用 8 TeV LHC 数据进行的两次最灵敏的对撞机搜寻，估计了受 WIMP 重子生成启发的简化模型的限制。我们还利用当前策略估计了 LHC 在 13 TeV 下的探测范围，并表明通过要求两个位移顶点同时降低运动学阈值，可以实现截面限制 O(10) 倍的改进。对于通过电弱相互作用产生的亚稳态 WIMP，高亮度 LHC 对寿命约为 1 cm、质量高达 2.5 TeV 的粒子敏感；而对于通过离壳 Higgs 门户成对产生的单态，LHC 对基准质量约为 150 GeV 时 O(50) ab 的产生截面敏感。我们的分析和提议也普遍适用于来自其他新物理（如隐谷模型、双生 Higgs 模型和位移超对称）的位移顶点特征。