Tmavě Photon Vyhledávání Pomocí Vysídlených Vrcholy na Nízkou Energetickou Urychlovači lhc

Abstrakt

existenci nového, fotonů-jako, masivní částice,nebo tmavě foton,je postuloval v několika rozšíření Standardního Modelu. Tyto modelyjsou často obhajoványvysvětlit některé nedávné záhadné astrofyzikální pozorování, stejně jako vyřešit dosud nevysvětlitelnou odchylku mezi naměřenými a vypočtenými hodnotami anomálie mion. Tmavé fotony mohou být produkovány na kolizích jak v kontinuálních jevech, tak ve vektorových mezonových přechodech a mohou se nakonec rozpadnout na pár elektron-pozitron. Pro správnou volbu parametrů teorie může mít a relativně dlouhou životnost a může být proto pozorován jako vrchol dobře oddělený primárním interakčním bodem. Tento případ je diskutován s odkazem na velmi vysoké jasové srážky buď ve stavebnictví, nebo ve studiu v několika laboratořích na světě. Je prokázáno, že strategie vyhledávání na základě detekce vysídlených vrcholy mohou být v zásadě velmi effectivein pokrývající poměrně širokou a doposud neprozkoumané oblasti theoreticalparameters prostor.

1. Úvod

Ve Standardním Modelu (SM), interakce mezi elementárními částicemi jsou zprostředkovány vektorové bosony silné, slabé a elektromagnetické síly. Experimentální důkazy o existenci těchto bosonů jsou přesvědčivé a v posledních desetiletích byla nashromážděna přesná měření jejich vlastností. Nové síly mohou zatím unikat detekci, buď pokud jsou jejich přidružené bosony velmi těžké, nebo pokud jsou jejich vazby na obyčejnou hmotu dostatečně slabé. Druhý případ byl obhajován mimo jiné v modelech, které se snaží vysvětlit a sladit mezi nimi několik záhadných astrofyzikálních pozorování provedených v posledních letech . Někdy se také používají ke sladění naměřené hodnoty anomálie MION s predikcí SM, které se liší přibližně o 3,5 (viz např. ).

Pokud nové, lehké, neutrální bosony (což se od nynějška bude jmenovat nebo temné fotony) existují a pokud jsou znatelně, byť slabě, spolu s SM částice, které mohou být vyráběny a pozorovány v kolizi-nosníky a pevný cíl experimentů . Ve skutečnosti došlo k několika pokusům pozorovat důkazy o takových částicích pomocí dat z běžících zařízení nebo starých experimentů s těžbou dat. Protože nebyly nalezeny žádné důkazy o jejich existenci, byly stanoveny limity jako funkce hmoty a její vazby na obyčejnou hmotu.

v blízké budoucnosti se očekává, že nové experimenty ve výstavbě rozšíří tyto limity v oblasti dosud neprobádaných spojek a/nebo hmot. Všechny jsou navrženy tak, aby využívaly radiační produkci velmi intenzivního elektronového nebo pozitronového paprsku na správně postaveném vysokém cíli . Účelem tohoto dopisu je ukázat, že srovnatelných výsledků lze získat s vysokou svítivostí a nízkou spotřebou energie elektron-pozitronové urychlovači, jako jsou ty, ve výstavbě nebo v rámci studie v několika laboratořích na světě . Tyto prostory bude využívat dva hlavní stavební prvky, které souvisle konspirovat, aby posílily jejich objev potenciál: jejich velmi vysoké cíle, svítivost a použití velmi kompaktní nosníky (tyto dvě funkce jsou ve skutečnosti silně korelované). Ve skutečnosti se vysoká svítivost promítá do možnosti sondování nižších výrobních průřezů, tj. Na druhé straně se nízké spojky promítají do delších rozpadových cest, zejména pro nízké hmotnosti. Použití paprsků velmi malých rozměrů tedy umožňuje získat jasný signál pozorováním sekundárních vrcholů dobře definované invariantní hmoty, dobře oddělené bodem interakce paprsků.

V novinách, bude tento případ projednán na tři různé možné volby stroje center-of-mass energie, odpovídající, respektive, hmotnost (1020), (1) a (4S) mezony. Tato volba je motivována výše uvedenými projekty. Bude ukázáno, že vyšší energetické stroje jsou oblíbené, nejen proto, že se očekává, že přinese větší sady dat, ale také proto, že v nich vyrobená mají delší kaz cesty, ceteris paribus. Instrumentální efekty však hrají důležitou roli ve skutečné strategii detekce a mohou v některých případech dramaticky snížit Potenciál objevu metody. Ještě pořád, zejména v případě továrny na kouzlo s vysokou svítivostí, zůstává dostatečně vysoká, aby byla konkurenceschopná výše uvedeným experimentům s pevným cílem.

papír je uspořádán následovně. Nejprve je diskutován teoretický rámec příspěvku spolu s krátkou prezentací experimentálních limitů existence dosud získaných tmavých fotonů. V případě hledání na nízkou spotřebou energie, vysokou svítivostí urychlovači lhc je popsána v Oddíle 3, následuje některé úvahy o skutečném provádění navrhované metody na stávající nebo plánovaná zařízení. Rozpad mezonu radiačního vektoru je popsán v části 5. Závěry jsou uvedeny v oddíle 6.

2. Fyzika Případě

V mnoha nových fyziky scénáře, SM je rozšířený pouhým přidáním další symetrie, pod kterým SM částice jsou neutrální na první objednávku . Měřidlo boson spojený s novou symetrií, the, může stále interagovat s obyčejnou hmotou prostřednictvím kinetického míchání popsaného účinnou interakcí Lagrangian. Zvažtekde označuje pole. Kinetický směšovací faktor parametrizuje pevnost spojky vzhledem k elektrickému náboji a v různých modelech se předpovídá, že bude v rozsahu . Hmotnost tmavého fotonu spočívá nepředvídatelně. Z fenomenologických důvodů jsou však upřednostňovány masy v rozsahu MeV-GeV, které jsou zajímavé pro tuto práci.

mohou existovat částice jiné než SM hmoty, které jsou citlivé na novou interakci. Často se předpokládá, že jsou hlavní složkou dosud neobjevené složky temné hmoty vesmíru (DM), a proto musí být elektricky neutrální a stabilní. Pokud je to kinematicky povoleno, vůle se rozpadne nejlépe na dvojice těchto částic; jeho rozpad se tak stává “ neviditelným.“Případ pro detekci neviditelných rozpadů je diskutován například v . Na druhou stranu, pokud je tmavý foton lehčí než DM, je nucen se rozpadnout na pár částic SM, se šířkou regulovanou (1). V tomto případě, jeho správný čas je přibližně dán tím, kde je počet kanálů rozpadu SM povolených kinematikou.

došlo k několika pokusům experimentálně pozorovat signál pomocí mnoha různých technik. Obrázek 1, převzatý z odkazu, ukazuje vylučovací graf v rovině, vyplývající z výše uvedených vyhledávání. Elektronový paprsek dump experiment pokrývá oblast nízké hmotnosti a velmi nízké spojky, až do ~. Pro vyšší hmotnosti a nižší spojky, limity pocházejí hlavně z mezonových rozpadů a experimentů s rozptylem elektronů a nukleonů a dat B-továren. Důležité informace, které nejsou uvedeny na obrázku 1, lze také odvodit astrofyzikálními pozorováními (viz například a odkazy v nich). Pro 10-20 MeV, region s zůstává do značné míry neprozkoumané.

Obrázek 1

Vyloučené oblasti v rovině vyplývajících z v současnosti dostupných údajů. Elektronový paprsek dump experiment pokrývá oblast nízké hmotnosti a velmi nízké spojky, až do ~. Pro vyšší hmotnosti a nižší limity spojek pocházejí hlavně z mezonových rozpadů a experimentů s rozptylem elektronů a nukleonů a dat B-továren (plot s laskavým svolením s. Andrease). Děj hlásí také projekce pro experimenty v současné době ve výstavbě. Podrobnosti o jednotlivých experimentech viz .

v současné době Existují různé experimenty, buď běží nebo je ve výstavbě zaměřené na sondování součástí tohoto regionu. Všechny jsou navrženy tak, aby využívaly radiační produkci velmi intenzivního elektronového nebo pozitronového paprsku na správně postaveném vysokém cíli. Zejména experiment HPS v laboratoři Thomase Jeffersona (USA) je navržen tak , aby pokrýval region, MeV (viz Obrázek 1).

V následující, případ pro hledání temné fotony ve stejné parametry prostoru regionu na velmi vysoké luminosity urychlovače budou diskutovány.

3. Hledání na Urychlovači lhc

V posledních desetiletích, velké množství dat, které byly shromážděny při vysoké světelnosti chuť továren působících na různé těžišťové energie. Tyto údaje sahají od ~2 fb-1 dodaného na vrcholu (1020) italským urychlovačem DANE po 0.5-1 ab-1 vyráběný továrnami B v PEP-II (USA) a Kek-B (Japonsko). V blízké budoucnosti se očekává konzistentní nárůst výše uvedených statistik jak v DANE, tak v KEK-B, jehož cílem je zvýšit jejich vzorek dat o faktory 10 a 50. Byla vzata v úvahu možnost zvýšit centrum hmotnostní energie DANE až na 2, 5 GeV . V Itálii, Rusku a Číně jsou zvažovány studie pro konstrukci urychlovače schopného dopravit ~1 ab−1 kolem prahu charm (viz například).

Jako dnes, vyhledává temné fotony na urychlovači lhc byly sledovány především tím, že studuje proces s následnou rozpad do páru. To omezuje vyhledávání na, což v důsledku (2) vede k tomu, že jeho životnost je nesrovnatelně krátká. Proto, signál může být odděleny více hojný a jinak k nerozeznání QED pozadí, jen tím, že pozoruje ostrý vrchol v invariantní rozdělení hmotnosti státní závěrečné pár lepton.

vyvstává otázka, zda by bylo možné rozšířit vyhledávání i na region s a zejména s . Hlavní poselství tohoto dokumentu je, že se předpokládá nárůst o potenciálně dostupných údajů vzorek umožňuje, aby jeden dát kladnou odpověď na výše uvedenou otázku, a to nejen z důvodu zvýšené statistické citlivost, ale také proto, že otevírá dveře k možnosti pozorování jasný signál pro dlouhou životnost , která je pouze marginální s v současné době k dispozici data.

zde a v tom, co následuje, je z důvodu jednoduchosti zvažován pouze případ symetrických strojů. Také, protože nás zajímá případ s, tmavý foton se může rozpadnout pouze na pár.

diferenciální průřez pro radiační produkce ve srážkách je dána tím, kde je úhel mezi příchozí pozitron a odchozí photon a označuje těžiště energie události. Integrací výše uvedené rovnice mezi , jeden získá celkový průřez přibližně µb, µb, a nb pro , 3.1, a 10,5 GeV, resp. V aktuálně dostupných vzorcích dat tak lze najít několik desítek.

díky kinematice dvou těles je tmavý foton v laboratorním rámci posílen faktorem . Proto pro malé kinetické směsi a pro dostatečně nízké tmavé fotonové hmoty je jeho životnost v laboratorním rámu značná. Například pro A MeV je střední cesta rozpadu tmavého fotonu ~1, 3 a 10 cm pro, 3.1 a 10.5 GeV.

lze tyto dlouhé cesty rozpadu využít k oddělení potenciálního signálu od pozadí QED? Je zřejmé, že ačkoli sekundární vrchol může být určen standardními technikami vertexingu, nemůže být na základě události po události. Na druhou stranu, aktuální pozici a velikost kolizní obálka může být stanovena na základě statistických metod pomocí známých procesů, jako Bhabha rozptyl nebo mion pár výroby. Je zajímavé, že ve všech uvažovaných zařízeních je jednou ze strategií používaných k maximalizaci svítivosti udržovat rozměry příčného paprsku v místě interakce co nejmenší, typicky ≤1 mm. Proto, za předpokladu, že dokonale Gaussovo rozdělení nosníku místě, s maximální příčný rozměr 1 mm, pravděpodobnost pozorování vertex od standardní QED procesy v příčné vzdálenosti 1 cm nebo více od středu nárazu místě je prakticky nulová. Na druhou stranu, počet rozpadových událostí s příčnými kaz cestu větší než 1 cm, mohou být stejně velké jako několik tisíc, v závislosti na skutečné hodnoty , a a světelnost integrované do stroje .

Obrázek 2 ukazuje variantu jako funkce , pro různé hodnoty a pro tři různé experimentální podmínky: (a) GeV, fb−1; (b) GeV, ; (c) GeV, ab−1. Zvolené hodnoty pro odpovídají cílovému výkonu pro výše uvedená zařízení ve výstavbě nebo ve studiu. Chování křivek lze snadno vysvětlit. Průměrná cesta rozpadu tmavého fotonu je mnohem větší než 1 cm , a proto se zvyšuje s, nezávisle na . Nakonec dosáhne vrcholu a rychle klesá směrem k nule, pokud se s rostoucí životností zkracuje a zkracuje. Poloha píku je určena správnou rovnováhou mezi účinkem průřezu výroby, který se zvyšuje s, a životností, která se s ním snižuje. Záleží také na hodnotě, rozpadová cesta klesá opět kvadraticky s ním. Je vidět, že, i přes nižší výrobu průřez, největší očekává, že integrovaný světelnost v kombinaci s vyšší boost faktory zvýhodňuje B-factory option (případ (c)). V tomto případě je však vrchol distribuce, zejména pro nižší hmotnosti, získán pro hodnoty kinetického míchání ~. Lze také poznamenat, že v případě (a) se počet pozorovatelných tmavých fotonů s hmotností větší než ~30 MeV stává beznadějně malým. To je způsobeno nejen nižší svítivostí, ale také sníženým Lorentzovým zesílením, důsledkem nižšího středu hmotnostní energie srážky.

i když výsledky zatím vypadají velmi povzbudivé na obecné důvody, tam jsou dva hlavní omezení provádění výše uvedené strategie vyhledávání v reálném experimentu. Na jedné straně se pro specifické hodnoty parametrů životnost stává tak dlouhou, že relevantní část rozpadů by unikla detekci přístroje realistických rozměrů. Například, pro GeV,, a MeV, průměrná cesta rozpadu je asi 1,5 m. Ještě důležitější je, že do provozu přichází velmi nebezpečné instrumentální pozadí, jmenovitě fotonové konverze na materiálu detektoru vyvolané událostmi. To je zvláště důležité, protože experimenty jsou často navrženy tak, aby měly paprskové trubky s velmi malými poloměry v bodě interakce. Ačkoli jeden může pokusit minimalizovat konverze pravděpodobnosti na detektor prvků, správným výběrem typu a rozměrů, materiálů, průřez proces je tak mnohem větší, než jeden signál (ve skutečnosti, to je větší o faktor ), že to pozadí se rychle stává bezkonkurenční.

nejjednodušší způsob, jak se vyrovnat s tímto problémem, je umožnit dostatečně velké prázdné oblasti kolem interakce bod, kde fotony nemohou komunikovat s hmoty a temné fotony mohou alespoň částečně podrobit jejich rozkladu. Pak by bylo rozumné akceptovat pouze události s rozpadovými vrcholy vyskytujícími se před trubkou paprsku, ale stále daleko (1 cm)od jmenovitého středu paprsku. Za předpokladu, že paprsek potrubí 5 cm poloměr, jako je, že v současné době používá KLOE-2 experiment v DANE, počet událostí, takto získané v rámci přijetí, je uveden na Obrázku 3 pro tři případy v úvahu.


(a)

(b)

(c)


(a)
(b)
(c)

Obrázek 3

Stejné jako na Obrázku 2 s tím, že další požadavek, který příčné kaz cesta je nižší než 5 cm.

pro vysoké hodnoty, tento akceptační řez nemá pozorovatelný vliv na předchozí rozdělení. Ve skutečnosti je v tomto případě životnost tak krátká, že téměř všechny tmavé fotony se rozpadají mnohem dříve než 5 cm. U nižších hodnot je místo toho důsledek snížení přijetí viditelnější a může snížit počet přijatých událostí řádově, zejména u velmi nízkých hmot. Nicméně, a to je jedno z hlavních sdělení tohoto článku, počet potenciálně pozorovatelných událostí zůstává stále značný pro širokou oblast prostoru parametrů, zejména pro možnosti strojů s vyšší energií. Zejména, což také umožňuje nějakou další neefektivitu detekce, lze vidět, že kinetické míchání až několikrát a hmotnosti až do ~200 MeV lze sondovat.

pouze na základě statistik signálů (tj., aniž by brala v úvahu možné detektor, rozlišení, efekty a další možné instrumentální pozadí), to se promítá do explorable regionů je znázorněno na Obrázku 4, pro tři případy v úvahu. Zatímco případ (a) pokrývá téměř výhradně oblast, která již byla vyloučena předchozími experimenty se skládkou paprsku, případy (b) A (c) mohou potenciálně zkoumat relativně širokou neprozkoumanou oblast (viz Obrázek 1). Na druhé straně je také třeba zdůraznit, že se očekává, že stejná oblast bude pokryta výše uvedenými budoucími experimenty s pevným cílem (viz znovu Obrázek 1).

Obrázek 4

Explorable regionu pro případy (a) pevné, (b) přerušované, a (c) tečkovaných v rovině . Neberou se v úvahu žádné instrumentální pozadí, stejně jako potenciální efekty účinnosti a rozlišení detektoru. Nad ~210 MeV otevření 2-muonového kanálu drasticky snižuje účinnost metody.

je vhodné ještě jednou zdůraznit, že požadavek na pozorování cesty rozpadu v měřítku cm v ideálním případě odmítá veškeré možné fyzické pozadí našeho signálu. Přesto je třeba pečlivě vzít v úvahu další instrumentální účinky, jak je popsáno v následující části.

4. Implementace na současných a budoucích zařízeních

je zajímavé pochopit, jak obtížné by bylo prakticky realizovat na skutečných experimentálních zařízeních dosud diskutované myšlenky. To vyžaduje podrobnou znalost skutečného návrhu stroje a detektoru a očekávaného (nebo měřeného) výkonu. Pouze specifické studie založené na těchto číslech mohou nakonec určit, zda je metoda použitelná nebo ne, do jaké míry a na jakém stroji. Zřejmý rozdíl mezi naše zjednodušené modely a realita může být nalezen například v případě (c); staré i budoucí B-továrny jsou ve skutečnosti asymetrické stroje, elektronový paprsek je vyšší energie s ohledem na pozitron. I když to může poněkud změnit konkrétní požadavky na přijetí s ohledem na symetrické možnost diskutovat v tomto článku, je však rozumné předpokládat, že obdobné závěry mohou být ještě vypracovány.

z obecných důvodů je třeba vzít v úvahu čtyři parametry: rychlost primární výroby, rozměry nosníků, rozměry paprskové trubky a možnosti vertexingu detektoru.

Jako první bod, i přes vyšší výrobní průřez,- factory option (případ (a)) je méně výkonná než ostatní dva, a to nejen z důvodu mnohem nižší integrovaný světelnost, ale také, jak bylo uvedeno dříve, protože vnitřní omezení vzhledem k nižší Lorentzova boost faktory. Návrh na spuštění DANE při vyšších energiích je v tomto ohledu obzvláště zajímavý, protože by to umožnilo proporcionálně zvýšit rozpadové cesty .

Jak již dříve poznamenal, pro všechny stroje v úvahu, rozměry nosníků jsou stále velmi malé v příčném směru. Například u DANE mají nosníky ~1,5 mm, ~0,02 mm a mnohem nižší rozměry u ostatních strojů. Všimněte si, že oba obrázky 2 a 3, na kterých zakládáme naši vyhledávací strategii, odkazují na příčné rozpadové cesty, takže rozměry paprsku v podélném směru jsou pro naše závěry irelevantní. Je zřejmé, že Negaussovské ocasy kolizní obálky mohou do jisté míry zvýšit kontaminaci pozadí. Nicméně, pokud nejsou zcela potlačeny, mohou být stále studovány pomocí jiných známých procesů, jako u Gaussovy části.

skutečným problémem jsou skutečné rozměry nosníku. Mezi stávajícími zařízeními, KLOE-2 v DANE je jediný, který má poloměr paprskové trubky v bodě interakce 5 cm. Co se týče stroje běží na kouzlo prahu, jediný, kdo v současné době v provozu, Čínský urychlovač BEPC, má paprsek potrubí na interakce bodě 3,5 cm v poloměru; nicméně, jeho současné světelnost je o faktor 100 nižší, než požaduje naše argumenty v té energie. U továren B se poloměry paprskových trubek pohybují od 2,5 cm pro detektor BaBar do 1 cm pro budoucí SuperBelle.

Zatímco přehodnocení vnitřní oblasti SuperBelle je asi velmi nepravděpodobné, v případě budoucí vysoká svítivost -kouzlo továrně, je možné, že interakce regionu mohou být navrženy tak, aby maximální citlivost pro tmavé photon hledání v úvahu. Zde stojí za zmínku, že požadavek na minimalizaci rozměrů paprskových trubek přichází na první objednávku z experimentu více než ze stroje. Ve skutečnosti jsou nějakým způsobem antikorelovány s vertexingovými schopnostmi detektoru. Ve skutečnosti je rozlišení měření délky rozpadu pro obecný detektor přibližně úměrné rozlišení jednoho bodu nejvnitřnějšího sledovacího zařízení a nepřímo úměrné jeho vzdálenosti od bodu rozpadu. Pod tomto ohledu méně příznivé situaci je, že KLOE-2, jehož první sledovací zařízení, triple-GEM válcový detektor, má vnitřní poloměr 12 cm a jeden bod rozlišení ~200 µm. Přesto je jeho odhadované rozlišení vrcholů pro události 1-2 mm . Použití křemíkových detektorů, které mohou mít jednobodové rozlišení řádově 10 µm, by se určitě zlepšilo s ohledem na případ KLOE-2. Výrazně, všechny LEP experimenty, které měly paprsek trubky 5,5 cm, může dosáhnout typický rozpad délka rozlišením ~250 µm pro B rozpad událostí, a to díky použití křemíkových detektorů . To znamená, že, s ohledem na délku rozpadu stupnice cm, o kterou jsme se dosud zajímali, rozlišení vertexingu by nemělo být hlavním problémem. Na druhé straně může hrát důležitou roli v úvahách diskutovaných v následující části.

5. Mezon se Rozpadá

Elektron-pozitronové urychlovači poskytnout užitečné výrobní mechanismus, přes zářící vektorové mezon se rozpadá taky. Ve skutečnosti pro každý pozorovaný rozpad (a být vektorem a pseudoskalárním mezonem, resp.), mohl by existovat proces, potlačený faktorem ve vztahu k prvnímu . Tato skutečnost byla ve skutečnosti využita spoluprací KLOE-2, která hledala temný foton pomocí procesu v . Co se týče vyhledávání, v kanálu, signál je oddělen pomocí SM (Dalitz kaz) na pozadí tím, že hledá pro vrchol v je invariantní rozdělení hmotnosti státní závěrečné pár lepton. Jakmile se však životnost stane značnou, jsou tyto události charakterizovány také přítomností vrcholů jasně oddělených kolizním bodem, což umožňuje použití vyhledávací strategie popsané v předchozích částech.

počet vyrobených je dán počtem vyrobených vektorových mezonů a je to poměr větvení pro odpovídající standardní radiativní rozpad.

podívejme se nejprve na výše uvedený postup. V továrně a se mezony vyrábějí každý dodaný strojem. Od té doby, je snadno vidět, že počet vyrobených signálních událostí, za předpokladu, se stává zanedbatelným pro . Na druhou stranu, pro vyšší hodnoty, střední cesta rozpadu se stává neměřitelně (ve srovnání s rozlišením vrcholů v milimetrovém měřítku) krátká, ale pro velmi nízké hmotnosti. Například pro to je již 0,8(0,2) cm, pro MeV. Dokud se tedy integruje zářivý výkon do značné míry převyšují očekávané od v současnosti považován za stroj, metoda je těžko použitelné na to kaz kanálu.

zaměřme nyní svou pozornost na přechod. Tento proces byl již studován v , kde, nicméně, zvažuje se pouze případ krátkodobých tmavých fotonů. Stejně jako dříve, jeden má /fb-1, běží na vrcholu. Vzhledem k tomu, že člověk získá ~150 událostí pro A ab−1. Na druhou stranu, pro tuto hodnotu kinetického míchání je střední cesta rozpadu správného řádu pouze pro omezený rozsah hmotnostních hodnot. Je to například 11,2, 2,8 a 0,45 cm pro = 10, 20 a 50 MeV. Účinek tohoto je vidět na Obrázku 5, kde číslo vyskytující se rozkládá ve vzdálenosti mezi 1 a 5 cm z interakce bod je vynesena jako funkce , pro různé hodnoty . Odlišně od případu, tady je účinek život je krátký na to být dominantní, alespoň pro kinetickou míchání hodnot, zájmů, protože pro vyšší tmavé photon hmotností a dostatečně nízká , téměř všechny přežít za méně než 1 cm. Všimněte si také, že určité další snížení počtu pozorovatelných událostí musí být zváženo kvůli úvahám o geometrickém přijetí. Přesto zůstává malá oblast parametrového prostoru, pro kterou lze doufat, že v rámci přijetí pozorujeme přiměřený počet rozpadů.

Obrázek 5

Množství temné fotony z procesu s kaz cesty větší než 1 cm a nižší než 5 cm, jako funkce a pro různé hodnoty . Uvažuje se o integrované svítivosti 1 ab-1.

Tam je však další přínos konkrétní událostí; tyto procesy mohou ve skutečnosti být použit také pro měření na event-by-event základě skutečné temné photon kaz cestu, za předpokladu, že konečný stav mezon se rozpadá do minimálně pár nabitých částic. V tomto případě poloha těchto částic určuje vrchol primární produkce, zatímco poloha rozpadu je určena jako obvykle jedním.

například pro události lze použít proces, kdy dvojice umožňuje přesně určit bod kolize, za cenu snížení celkového množství užitečných událostí o faktor ~0,43 . Protože nás zajímají cesty rozpadu v milimetrovém měřítku, pozadí konverze fotonů by již nemělo být problémem. Nicméně, nyní je třeba vzít v úvahu fyzické pozadí, a to, Dalitzův rozpad,. Jeho poměr větvení lze odhadnout na přibližně ~, takže proces je ~ krát častější než signál, pokud . V tomto případě se však vrcholy a musí shodovat v rozlišení detektoru,. Proto, snížení pozadí faktorem lze dosáhnout přijetím pouze událostí s měřenými cestami rozpadu většími než. Navíc se očekává, že události na pozadí budou mít široké invariantní rozložení hmotnosti, zatímco rozpady jsou v takovém kanálu úzkou rezonancí. Ne s ohledem form factor efekty, počet událostí na pozadí, v okně se kolem je dána asi tím,

Všimněte si, že závislost na (5) upřednostňuje pozorování vyšší hmotnost temné fotony. Na druhou stranu, protože cesta rozpadu se měří jako, účinek konečného rozlišení vrcholu podporuje pozorování částic s nižší hmotností.

v daném experimentu by proto měly být dva parametry v ideálním případě udržovány co nejmenší, a . Vzít, například,, MeV. Podle (5), počet událostí na pozadí v zajímavé hmoty bin by v tomto případě být ~ MeV. Použitím výše popsaného řezu se toto číslo sníží na ~20. Počet událostí signálu dělených druhou odmocninou pozadí) by tedy byl ~. Je důležité zdůraznit, že v tomto případě jsou rozměry paprskové trubky na prvním místě irelevantní, protože se jedná o relativně krátké délky rozpadu. Na druhé straně je také třeba poznamenat, že zde předpokládáme plnou účinnost detekce, která by mohla odhalit příliš optimistický předpoklad. Jako na kontinuum událostí, pouze podrobné studie založené na realistické detektor parametry mohou konečně posoudit potenciál metody.

6. Závěry

experimentální hledání nového, lehkého, neutrálního bosonu, „tmavého fotonu“ nebo, jsou sledovány v mnoha laboratořích na světě, za použití různých detekčních technik. Pokud je dostatečně lehký a pokud jsou jeho vazby s částicemi SM potlačeny faktorem ≤ vzhledem k tomu, že je běžný foton, může získat relativně dlouhou životnost. Tato skutečnost může být využita u srážek hledáním vrcholu rozpadu dobře odděleného primární produkcí, v událostech. Papír ukazuje, že nová generace urychlovači mají potenciál plně využívat tuto techniku a prozkoumat účinné spojky dolů do pár krát a hmotností v rozmezí 10-100 MeV přibližně. Obecně jsou upřednostňovány stroje s vyšší energií, protože vyšší Lorentzova podpora vyrobených (lehkých) bosonů umožňuje lepší oddělení sekundárních vrcholů. Je však také vidět, že implementace této metody do skutečných zařízení vyžaduje správný návrh interakční oblasti a moudrý výběr sledovacího detektoru. Pokud je nám známo, bohužel rozměry paprskových trubek SuperBelle nejsou v tomto ohledu zdaleka optimální. Na druhé straně, protože všechny budoucí vysoká svítivost -kouzlo továrny jsou stále v předběžném návrhu studie fáze, je možné, že v tomto případě interakce regionu mohou být navrženy tak, aby maximální citlivost pro hledání navrhované techniky. Takový stroj může také poskytnout doplňkovou vyhledávací metodu pozorováním posunutých vrcholů v plně rekonstruovaných událostech, a tím zvýšit zájem o výstavbu takového zařízení.

střet zájmů

autor prohlašuje, že neexistuje žádný střet zájmů ohledně zveřejnění tohoto příspěvku.

Acnowledgments

autor by rád poděkoval s. Andreasovi A D. Babuscimu za pomoc a užitečné diskuse.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.