利用 NA64$\mu$ 和 LDMX 探测毫电荷粒子

毫电荷粒子在众多理论上有充分动机的 Standard Model 扩展中作为引人注目的候选者出现。这些假想粒子的电荷是基本电荷的一小部分，在当代实验物理学中引起了广泛关注。它们潜在的存在促使人们在多个实验平台上制定专门的搜索策略，利用其独特的电磁相互作用同时规避常规探测方法。在本文中，我们估计了固定靶实验，特别是 NA64$\mu$ 和 LDMX，对毫电荷粒子参数空间的预期灵敏度。对于 NA64$\mu$ 实验，在预期 $\mbox{MOT}\lesssim 10^{14}$ 的 $\mu$ 子通量下，我们的分析揭示了可探测的质量窗口 $10~\mbox{MeV} \lesssim m_\chi \lesssim 150~\mbox{MeV}$ 和电荷参数范围 $10^{-4} \lesssim \epsilon \lesssim 7\times 10^{-4}$。这种灵敏度源于类韧致辐射的缺失能量特征 $\mu N \to \mu N \gamma^{*}( \to \chi \bar{\chi})$。此外，我们评估了 LDMX 设施的发现潜力，考虑了其预期的电子束统计量 $\mbox{EOT}\lesssim 2\times 10^{16}$ 和能量 $E_{\rm e}\simeq 8~\mbox{GeV}$。我们的结果表明，LDMX 可以探测质量范围在 $250~\mbox{MeV} \lesssim m_\chi \lesssim 400 ~\mbox{MeV}$ 的较重 MCPs，灵敏度达到 $10^{-3} \lesssim \epsilon \lesssim 1.5 \times 10^{-3}$。该参数窗口可通过独特的不可见衰变通道 $\rho \to \chi \bar{\chi}$ 进入，其中 $\rho$ 介子光生 $\gamma N \to N \rho$ 发挥关键作用。