通过线性对撞机上的 $Z$ 聚变检验希格斯门户暗物质

我们研究了在暗物质是一个仅与低能有效理论中的希格斯玻色子 $h$ 发生弱相互作用的大质量粒子（希格斯门户暗物质情景）的情况下，在 TeV 量级线性对撞机上探测暗物质的可能性。当希格斯玻色子衰变成暗物质对在运动学上不被允许时，这种情景下的暗物质将难以在 CERN 大型强子对撞机上被检验。我们研究了即使在这种情况下，是否可以通过国际直线对撞机以及多 TeV 轻子对撞机上的 $Z$ 玻色子聚变过程来探测暗物质 $D$。研究发现，对于碰撞能量 $\sqrt{S}>1$ TeV 且积分亮度为 1 ab$^{-1}$ 的情况，经过适当的运动学截断后，信号（$e^{\pm}e^-\to e^{\pm}e^-h^\ast \to e^{\pm}e^-DD$）可以被观测到。特别是，当暗物质是费米子或矢量粒子（假设其在标准规范群下是单态）时，对于希格斯玻色子质量为 120 GeV 的情况，可以检验质量高达 100 GeV 的暗物质信号。