在强度前沿实验中探测一些通向新物理的光子门户

许多标准模型扩展预言存在新的轻的、弱耦合粒子，它们通过含有一个或两个光子、被高的新物理尺度压低的高维算符与可见 sector 耦合，因此具有长寿命。在这项工作中，我们研究了在强度前沿实验探测三种 $\sim\,$亚 GeV 此类长寿命粒子（LLP）的前景：一个有质量的自旋-2 媒介子（$G$）、一个暗轴子门户、以及一个耦合到 ALPino 或引力微子的轻中性微子。我们考虑了这些粒子在若干当前和提议的束流 dump 实验（CHARM、NuCal、SeaQuest、NA62、SHiP）以及 LHC 探测器（FASER、FASER$\nu$、FLArE、MATHUSLA）中的产生和可见衰变。除了通常的位移顶点信号，我们还检验了电子散射信号和类 Primakoff 过程的影响，后者导致 $G$ 转化为光子或通过较轻暗 sector 态在探测器前致密物质上的上散射产生次级 LLP。在所有情况下，我们发现 SHiP 实验可为位移顶点搜索提供最强限制，而 FASER2/FPF 可对参数空间中 $\gamma c\tau \sim 1$ m 衰变长度区域提供互补覆盖。