CEPC 上有效暗物质双玻色子相互作用的 Z 极点检验

本文中,我们研究了在提出的环形正负电子对撞机(CEPC)的高亮度 $Z$-极点及 240 GeV 运行期间,对有效暗物质(DM)-双玻色子相互作用的预计灵敏度。在 91.2 GeV $e^+e^-$ 质心能量下提出的运行提供了一个有趣的机会来探测有效暗物质与 $Z$ 玻色子的耦合,其在非对撞机搜寻中受到的约束较不严格。我们研究了针对标量与费米子暗物质的六维与七维有效双玻色子算符的预计灵敏度。这些双玻色子算符可产生半可见 $Z$ 玻色子衰变,以及高缺失横动量的单光子信号,可在 CEPC 上被有效检验,且标准模型 $\gamma\bar{\nu}\nu$ 本底小而可控。假设最优低暗物质质量区间,对于 25 fb$^{-1}$ 与 2.5 ab$^{-1}$ 的 $Z$-极点亮度,获得对标量 DM 的有效 $\gamma Z$ 耦合灵敏度 $\kappa_{\gamma Z}< (1030$ GeV$)^{-3}$、$(1970$ GeV$)^{-3}$,对费米子 DM 的 $\kappa_{\gamma Z}< (360$ GeV$)^{-3}$、$(540$ GeV$)^{-3}$。相比之下,对于 5 ab$^{-1}$ 的 240 GeV Higgs 运行,也获得了有效 DM-双光子耦合灵敏度 $\kappa_{\gamma \gamma}< (590$ GeV$)^{-3}$(标量 DM)、$\kappa_{\gamma \gamma}< (360$ GeV$)^{-3}$(费米子 DM)。我们还将这些 CEPC 灵敏度与当前对这些有效 DM-双玻色子算符的直接与间接搜寻限制作了比较。