对撞机上双τ子偶素发现的前景

研究了在$e^+e^-$对撞机（BES III at $\sqrt{s} = 3.78$ GeV、Belle II at $\sqrt{s} = 10.6$ GeV、未来超级τ-粲工厂（STCF）at $\sqrt{s} \approx 2m_{\tau}$，以及FCC-ee at $\sqrt{s} = 91.2$ GeV）以及LHC上的强子与光子-光子碰撞中观测双τ子偶素（两个τ轻子的束缚态）的可行性。给出了自旋0对态（$\mathcal{T}_0$）与自旋1正态（$\mathcal{T}_1$）双τ子偶素在九种不同产生与衰变过程中的截面与预期产额。对态双τ子偶素可在FCC-ee上通过其双光子衰变（$\gamma\gamma\to\mathcal{T}_0\to\gamma\gamma$）经光子融合观测到。正态双τ子偶素可在STCF上经$e^+e^-\to\mathcal{T}_1\to\mu^+\mu^-$观测到，其中利用单色化束流的阈值扫描还可非常精确地提取τ轻子质量，不确定度达$\mathcal{O}(25$ keV)或更小。在LHC上观测pp $\to \mathcal{T}_1(\mu^+\mu^-)+X$可通过识别其位移顶点并良好控制组合双μ子本底实现。此外，我们计算了双τ子偶素衰变为夸克偶素加一个光子的稀有分支比。