通过 Muon Collider 中的 Vector-Boson Fusion 探寻惰性双重模型

本工作探讨了在 10 TeV 中心碰撞能量下的 Muon Collider 利用向量玻色子融合（VBF）通道探寻惰性双重模型（IDM）的发现潜力。惰性双重模型是一种带有未破坏离散对称性的两个希格斯双重模型变体，具有新的稳定标量粒子可作为暗物质候选者。当前的暗物质数据约束了 IDM 的可行参数空间，使得某些 collider 信号因微小耦合而难以观察。然而，VBF 类过程在 10 TeV 能量下仍可显著增强相对于标准模型，为在高能 Muon Collider 中探寻 IDM 提供了前景。我们考虑的具体目标过程为 $\mu^+\mu^-\to \nu_\mu\bar{\nu}_\mu AA\to \nu_\mu\bar{\nu}_\mu jj \ell\ell HH$，其中 $H$ 和 $A$ 为最轻和次轻的新标量，$\ell$ 可为电子或 muons。我们对该信号进行了 cut-based 和机器学习改进的灵敏度分析，发现一批有前景的基准情景。我们进一步比较了 3 TeV 和 10 TeV 能量下的灵敏度，结果表明迫切需要 Muon Collider 具备达到 10 TeV 中心能量的能力。我们还详细讨论了来自 new-physics 对希格斯到双光子衰减率以及三体希格斯耦合的约束，使用了最先进的高阶计算。