HL-LHC上的CMS精密质子谱仪——意向表达

CMS合作组拟借助一台新的近束流质子谱仪，在高亮度 LHC（HL-LHC）上继续研究中心排他产生（CEP）事件 pp $\to$ pXp。在CEP事件中，态X产生于中心快度区，且散射质子不离开束流管。X的运动学可由质子运动学完全重建，从而可触及原本不可见的最终态。CEP对超越标准模型的物理具有独特灵敏度，例如搜寻反常四规范耦合、类轴子粒子以及一般的新共振态。CMS自2016年起成功运行精密质子谱仪（PPS），其最初为CMS与TOTEM的联合项目。本文概述了HL-LHC上新型PPS的物理意义，并探讨其可行性与预期性能。与机器组的讨论确定了四处适合安装可移动质子探测器的位置：距相互作用点196、220、234和420米，两侧均有。接收度研究表明，使束流在相互作用点处垂直平面交叉（如长停机3后所实施）优于当前的水平交叉。借此可利用196、220和234米处的站点获取质量范围133 GeV$-$2.7 TeV的态X。若纳入420米站点，下限质量变为43 GeV，从而可研究125 GeV希格斯玻色子的中心排他产生。相较当前350 GeV$-$2 TeV的质量范围，这是重大改进。该项目及其成本可轻松分阶段；420米站点可在第二步处理。总之，用于HL-LHC运行的新型近束流质子谱仪看似可行，将以有限投资大幅拓展CMS的物理触及范围。