在相干 CAPTAIN-Mills 实验中探测类轴子粒子的前景
高能物理 - 唯象学
2023-05-29 v5 高能物理 - 实验
摘要
我们展示了相干 CAPTAIN-Mills (CCM) 2019 工程运行的结果，这些结果开始约束在 800 MeV 质子束流靶中电磁粒子簇射产生的类轴子粒子 (ALPs) 的参数空间区域，并进一步研究了 CCM200 升级探测器的持续数据采集活动的灵敏度。基于工程运行的束流开启本底估计，我们根据预期的屏蔽改进、减小的束流宽度以及基于分析的背景抑制技术，对背景降低进行了现实的推演。我们获得了两类特征的探测前景：主要耦合到光子的 ALPs 可在钨靶中通过 Primakoff 过程产生，然后在液态氩 (LAr) CCM 探测器中通过逆 Primakoff 散射或衰变为光子对产生伽马射线信号。具有显著电子耦合的 ALPs 具有若干额外的产生机制（康普顿散射、 湮灭、ALP-轫致辐射）和探测模式（逆康普顿散射、外部 对转换以及衰变为 ）。在某些区域，该约束略优于天体物理和地面约束。随着三年运行的开始，CCM 对 ALP-光子和 ALP-电子耦合的这一参数空间的灵敏度将提高多达一个数量级。CCM 实验还将对 QCD 轴子模型中有充分动机的参数空间具有灵敏度。人们最近才认识到，为低能相干中微子和暗物质散射搜索设计的基于加速器的超大体积液态氩探测器，也适用于探测未探索的 MeV 质量尺度上的 ALPs。
引用
@article{arxiv.2112.09979,
title = {Prospects for detecting axionlike particles at the Coherent CAPTAIN-Mills experiment},
author = {A. A. Aguilar-Arevalo and D. S. M. Alves and S. Biedron and J. Boissevain and M. Borrego and L. Bugel and M. Chavez-Estrada and J. M. Conrad and R. L. Cooper and A. Diaz and J. R. Distel and J. C. D'Olivo and E. Dunton and B. Dutta and D. Fields and J. R. Gochanour and M. Gold and E. Guardincerri and E. C. Huang and N. Kamp and D. Kim and K. Knickerbocker and W. C. Louis and J. T. M. Lyles and R. Mahapatra and S. Maludze and J. Mirabal and N. Mishra and D. Newmark and P. deNiverville and V. Pandey and D. Poulson and H. Ray and E. Renner and T. J. Schaub and A. Schneider and M. H. Shaevitz and D. Smith and W. Sondheim and A. M. Szelc and C. Taylor and A. Thompson and W. H. Thompson and M. Tripathi and R. T. Thornton and R. Van Berg and R. G. Van de Water and S. Verma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.09979},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in Physical Review D, in production