在经济的μ子打靶实验中探测带电轻子味破坏

这项工作通过扩展北京大学μ子（PKMuon）实验中最近提出的μ子暗物质项目，提出了一种新颖且经济的实验，以探测由超出标准模型的额外大质量中性子规范玻色子 $Z^\prime$ 介导的带电轻子味破坏（CLFV）过程。原本用于轻质量暗物质直接探测的设备，很容易适应于利用夹置固定靶的大面积、高精度μ子追踪和断层成像系统来寻找 $\mu^+e^- \to \mu^+\mu^-$ CLFV过程，入射μ子在固定靶上发生散射。本工作研究的 $\mu^+\mu^-$ 末态信号能够独特地对特定的CLFV参数组合敏感，例如 $Z^\prime$ 与电子和μ子之间的耦合，或 $Z^\prime$ 与两个μ子之间的耦合。通过与能量为数十 $\mathrm{GeV}$、通量为 $10^6\ \mathrm{s^{-1}}$ 的μ子束接口的详细探测器模拟，获得了预期结果。主要基于入射和出射粒子的角度信息，在为期一年的运行中，耦合系数 $\lambda_{e\mu}\lambda_{\mu\mu}$ 在95%置信水平下的预期上限能够达到 $10^{-5}$（例如，当 $Z^\prime$ 质量为 $0.25\ \mathrm{GeV}$ 时）。