Mørk Foton søger ved hjælp af fordrevne hjørner ved Lavenergikollider

abstrakt

eksistensen af en ny, fotonlignende, massiv partikel,den eller mørke foton,postuleres i flere udvidelser af standardmodellen. Disse modeller er ofte foreslog atforklare nogle nylige gådefulde astrofysiske observationer samtat løse den hidtil uforklarlige afvigelse mellem de målte ogberegnede værdier af muon-anomalien. Mørke fotoner kan produceres ved colliders både i kontinuumbegivenheder og i vektor meson overgange og kan til sidst henfalde til et elektron-positronpar. For et korrekt valg af teoriens parametre kan a have en relativt lang levetid og kan derforblive observeret som et toppunkt,der er adskilt af det primære interaktionspunkt. Denne sag diskuteres med henvisning til meget høje lysstyrkekollider enten i konstruktion eller under undersøgelse i flerelaboratorier i verden. Det er vist, at en søgestrategi baseret på påvisning af fordrevne hjørner i princippet kan være meget effektiv i at dække et ret bredt og til dato uudforsket område af det teoretiskeparameterrum.

1. Introduktion

i standardmodellen (SM) medieres interaktioner mellem elementære partikler af vektorbosonerne af de stærke, svage og elektromagnetiske kræfter. Eksperimentelle beviser for eksistensen af disse bosoner er overbevisende, og præcise målinger af deres egenskaber er blevet akkumuleret i de sidste årtier. Nye kræfter kan have undgået detektion hidtil, enten hvis deres tilknyttede bosoner er meget tunge, eller hvis deres koblinger til almindeligt stof er svage nok. Sidstnævnte tilfælde er blandt andet blevet anbefalet i modeller, der forsøger at forklare og forene blandt dem flere gådefulde astrofysiske observationer udført i de senere år . De bruges undertiden også til at forene den målte værdi af muon-anomalien med sm-forudsigelsen, som adskiller sig med cirka 3,5 (se f.eks.).

hvis der findes nye, lette, neutrale bosoner (som fra nu af vil blive kaldt eller mørke fotoner), og hvis de er målbart, omend svagt, kombineret med SM-partikler, kan de produceres og observeres ved kollisionsbjælker og faste måleksperimenter . Faktisk har der været flere forsøg på at observere beviser for sådanne partikler ved hjælp af data fra kørende faciliteter eller data mining gamle eksperimenter . Da der ikke blev fundet noget bevis for deres eksistens, er der sat grænser som en funktion af massen og dens kobling til almindeligt stof.

i den nærmeste fremtid forventes nye eksperimenter under opførelse at udvide disse grænser i et område af koblinger og/eller masser hidtil uudforsket. Alle er designet til at udnytte den strålende produktion af ved en meget intens elektron – eller positronstråle på et korrekt bygget højt mål . Formålet med dette brev er at vise, at sammenlignelige resultater kan opnås ved høj lysstyrke og lavenergi elektron-positronkollider, såsom dem under opførelse eller under undersøgelse i flere laboratorier i verden . Disse faciliteter vil drage fordel af to hovedkonstruktionsfunktioner, der sammenhængende konspirerer for at forbedre deres opdagelsespotentiale: deres meget høje mållysstyrke og brugen af meget kompakte bjælker (disse to funktioner er faktisk stærkt korrelerede). Faktisk betyder høj lysstyrke muligheden for at undersøge lavere produktionstværsnit, det vil sige lavere effektive koblinger mellem det og Det Almindelige stof. På den anden side oversættes lave koblinger til længere forfaldsveje, især for lave masser. Anvendelsen af bjælker med meget små dimensioner tillader således en at opnå et klart signal ved at observere sekundære hjørner af en veldefineret invariant masse, godt adskilt af bjælkens interaktionspunkt.

i papiret vil denne sag blive diskuteret for tre forskellige mulige valg af maskinens center-of-mass energi, der svarer henholdsvis til massen af (1020), (1s) og (4s) mesoner. Dette valg er motiveret af de ovennævnte projekter. Det vil blive vist, at maskiner med højere energi foretrækkes, ikke kun fordi de forventes at levere større datasæt, men også fordi de producerede deri har længere forfaldsveje, alt andet lige. Instrumentale effekter spiller dog en relevant rolle i den faktiske detektionsstrategi og kan i nogle tilfælde dramatisk reducere metodens opdagelsespotentiale. Stadig, især i tilfælde af en fabrik med høj lysstyrke-charme, forbliver den høj nok til at være konkurrencedygtig i forhold til de ovennævnte faste måleksperimenter.

papiret er organiseret som følger. For det første diskuteres den teoretiske ramme for papiret sammen med en kort præsentation af de eksperimentelle grænser for eksistensen af mørke fotoner opnået indtil videre. Sagen for søgninger ved lavenergi, Collider med høj lysstyrke diskuteres i Afsnit 3, efterfulgt af nogle overvejelser om den faktiske implementering af den foreslåede metode til eksisterende, eller planlagt, faciliteter. Radiative vektor meson henfald er diskuteret i Afsnit 5. Konklusionerne fremgår af Afsnit 6.

2. Fysik sag

i mange nye fysik scenarier udvides SM ved blot at tilføje en ekstra symmetri, under hvilken SM partikler er uladet ved første ordre . Måleren boson forbundet med den nye symmetri, det , kan stadig interagere med almindeligt stof via kinetisk blanding beskrevet af en effektiv interaktion Lagrangian. Overvejehvor angiver feltet. Den kinetiske blandingsfaktor parametriserer koblingsstyrken i forhold til den elektriske ladning og forudsiges i forskellige modeller at være i området . Massen af den mørke foton hviler uforudsigelig. Af fænomenologiske grunde foretrækkes imidlertid masser i MeV-GeV-området, som er af interesse for det nuværende arbejde.

der findes muligvis ikke-sm-stofpartikler, der er følsomme over for den nye interaktion. Ofte postuleres de til at være hovedbestanddelen af den endnu uopdagede mørke stofkomponent i universet (DM) og skal derfor være elektrisk neutral og stabil. Hvis kinematisk tilladt, vil henfalde fortrinsvis i par af disse partikler; således bliver dets henfald ” usynligt.”Sagen til påvisning af usynlige henfald diskuteres for eksempel i . På den anden side, hvis den mørke foton er lettere end DM, tvinges den til at henfalde til et par SM-partikler med en bredde reguleret af (1). I dette tilfælde, dens rette tid er omtrent givet af hvor er antallet af SM henfaldskanaler tilladt af kinematik.

der har været flere forsøg på eksperimentelt at observere et signal ved hjælp af mange forskellige teknikker. Figur 1 , taget fra reference , viser udelukkelsesplottet i flyet, som følge af ovennævnte søgninger. Elektronstråledumpeksperiment dækker regionen med lave masser og meget lave koblinger, ned til ~. For højere masser og lavere koblinger, grænser kommer hovedsageligt fra meson henfald og elektron-nukleon spredning eksperimenter og til B-fabrikker data. Vigtige oplysninger, der ikke er vist i Figur 1, kan også udledes af astrofysiske observationer (se for eksempel og referencer deri). For 10-20 MeV forbliver regionen stort set uudforsket.

Figur 1

ekskluderet region i flyet som følge af aktuelt tilgængelige data. Elektronstråledumpeksperiment dækker regionen med lave masser og meget lave koblinger, ned til ~. For højere masser og lavere koblinger grænser kommer hovedsageligt fra meson henfald og elektron-nukleon spredning eksperimenter og til B-fabrikker data (plot høflighed af S. Andreas). Handlingen rapporterer også fremskrivningerne for de eksperimenter, der i øjeblikket er under opførelse. For detaljer om enkelte eksperimenter se .

der er i øjeblikket forskellige eksperimenter, der enten kører eller er under opførelse, der sigter mod at undersøge en del af denne region. Alle er designet til at udnytte den strålende produktion af ved en meget intens elektron – eller positronstråle på et korrekt bygget højt mål. HPS-eksperimentet på Thomas Jefferson Laboratory (USA) er især designet til at dække regionen , MeV (se figur 1).

i det følgende vil sagen for søgen efter mørke fotoner i samme parametre rumområde ved en meget høj lysstyrke collider blive diskuteret.

3. Søgninger på Colliders

i de sidste årtier er der indsamlet store mængder data på smagsfabrikker med høj lysstyrke, der opererer i forskellige centre for masseenergier. Disse data spænder fra ~2 fb−1 leveret på (1020) toppen af den italienske collider DANE til 0,5–1 ab−1 produceret af B-fabrikkerne i PEP-II (USA) og KEK-B (Japan). I den nærmeste fremtid forventes en konsekvent stigning af ovenstående statistik både hos DANE og hos KEK-B, der sigter mod at øge deres dataprøve med faktorer på henholdsvis 10 og 50. En mulighed for at øge centrum for danskernes masseenergi op til 2,5 GeV er taget i betragtning . Endelig er undersøgelser til opførelse af en collider, der er i stand til at levere ~1 ab−1 omkring charmetærsklen, under overvejelse i Italien, Rusland og Kina (Se for eksempel ).

fra i dag er søgninger efter mørke fotoner på colliders hovedsageligt forfulgt ved at studere processen med det efterfølgende henfald af til et par. Dette begrænser søgningen til, hvilket som følge af (2) resulterer i, at dens levetid er umådeligt kort. Derfor kan signalet adskilles af den mere rigelige og ellers uadskillelige ked-baggrund, kun ved at observere en skarp top i den invariante massefordeling af det endelige tilstands lepton-par.

spørgsmålet opstår, om det ville være muligt at udvide søgningen også til regionen med og især med . Hovedbudskabet i dette papir er, at den forventede stigning i den potentielt tilgængelige dataprøve gør det muligt for en at give et positivt svar på ovenstående spørgsmål , ikke kun på grund af den øgede statistiske følsomhed, men også fordi den åbner dørene for muligheden for at observere et klart signal for en lang levetid, som kun er marginal med de aktuelt tilgængelige data.

her og i det følgende, for enkelhedens skyld, overvejes kun tilfældet med symmetriske maskiner. Også , da vi er interesserede i sagen med, kan den mørke foton kun henfalde til et par.

det differentielle tværsnit for strålingsproduktion i kollisioner er givet ved hvor er vinklen mellem den indkommende positron og den kommende foton og betegner centrum for begivenhedens masseenergi. Ved at integrere ovenstående ligning mellem opnår man et samlet tværsnit på henholdsvis ca. I de aktuelt tilgængelige dataprøver kan der således findes et par snesevis.

på grund af de to kropskinematik forstærkes den mørke foton i laboratorierammen med en faktor . Derfor, for små kinetiske blandinger og for lave nok mørke fotonmasser, bliver dens levetid i laboratorierammen betydelig. For eksempel for og MeV er den gennemsnitlige henfaldsvej for en mørk foton ~1 , 3 og 10 cm for henholdsvis 3,1 og 10,5 GeV.

kan disse lange henfaldsstier udnyttes til at adskille et potentielt signal fra KD-baggrunden? Det er klart, at selvom det sekundære toppunkt kan bestemmes med standard toppunktsteknikker, kan det ikke være på en begivenhed efter begivenhedsbasis. På den anden side kan den faktiske position og størrelse af kollisionshylsteret bestemmes på et statistisk grundlag ved hjælp af kendte processer, såsom Bhabha-spredning eller muonpar-produktion. Interessant nok er en af de strategier, der bruges til at maksimere lysstyrken, på alle de pågældende Faciliteter at holde de tværgående stråledimensioner ved interaktionspunktet så små som muligt, typisk 1 mm. Under forudsætning af en perfekt Gaussisk fordeling af strålepunktet med en maksimal tværgående dimension på 1 mm er sandsynligheden for at observere et toppunkt fra STANDARDKED-processer i en tværgående afstand på 1 cm eller mere fra midten af kollisionsstedet praktisk talt nul. På den anden side, antallet af henfaldshændelser med tværgående henfaldsvej større end 1 cm, kan være så stor som flere tusinder, afhængigt af den faktiske værdi af , , og og af lysstyrken integreret af maskinen, .

figur 2 viser variationen af som en funktion af , for forskellige værdier af og for tre forskellige eksperimentelle betingelser: (a) GeV, fb−1; (b) GeV, ; (c) GeV, ab−1. De valgte værdier for svarer til målpræstationen for de faciliteter, der er under opførelse eller under undersøgelse nævnt ovenfor. Kurvernes opførsel forklares let. For den gennemsnitlige henfald sti af en mørk foton er meget større end 1 cm, og derfor stiger med , uafhængigt af . Det når til sidst et højdepunkt og falder hurtigt mod nul, så længe levetiden med stigende bliver kortere og kortere. Spidsens position bestemmes af den rette balance mellem effekten af produktionstværsnittet, som stiger med , og den levetid, der falder med den. Det afhænger også af værdien af, henfald sti faldende igen kvadratisk med det. På trods af det lavere produktionstværsnit er den største forventede integrerede lysstyrke kombineret med de højere boostfaktorer til fordel for B-fabriksmuligheden (sag c)). I dette tilfælde opnås imidlertid toppen af fordelingen, især for lavere masser, for værdier af den kinetiske blanding ~. Det kan også bemærkes, at i tilfælde (a) bliver antallet af observerbare mørke fotoner med masser større end ~30 MeV håbløst lille. Dette skyldes ikke kun den lavere lysstyrke, men også den reducerede Lorents boost, som følge af kollisionens lavere centrum for masseenergi.

selvom de opnåede resultater hidtil ser meget opmuntrende ud af generelle grunde, er der to hovedbegrænsninger, der kommer fra implementeringen af ovenstående søgestrategi til et rigtigt eksperiment. På den ene side bliver levetiden for specifikke værdier af parametrene så lang, at en relevant del af henfaldene undgår detektion af et apparat med realistiske dimensioner. For eksempel for GeV, og MeV er den gennemsnitlige henfaldsvej omkring 1,5 m. Endnu vigtigere kommer en meget farlig instrumentel baggrund i drift, nemlig fotonkonverteringer på detektormaterialet induceret af begivenheder. Dette er især relevant, da eksperimenter ofte er designet til at have bjælkerør med meget små radier på interaktionspunktet. Selvom man kan forsøge at minimere konverteringssandsynligheden på detektorelementerne ved korrekt at vælge materialetype og dimensioner, er tværsnittet af processen så meget større end signalet (faktisk er det større med en faktor), at denne baggrund hurtigt bliver uovervindelig.

den enkleste måde at tackle dette problem på er at give mulighed for et stort nok tomt område omkring interaktionspunktet, hvor fotoner ikke kan interagere med stof, og mørke fotoner i det mindste delvist kan gennemgå deres forfald. Det ville da være rimeligt kun at acceptere begivenheder med henfaldshvirvler, der forekommer før bjælkerøret, men stadig langt (1 cm) fra det nominelle strålespotcenter. Under forudsætning af et strålerør på 5 cm radius, som den, der i øjeblikket anvendes af KLOE-2-eksperimentet hos DANE , antallet af således opnåede begivenheder inden for accept,, er vist i figur 3 for de tre sager, der er under overvejelse.


(a)

(b)

(c)


(a)
(b)
(c)

figur 3

samme som figur 2, med den yderligere anmodning om, at den tværgående henfaldsvej er lavere end 5 cm.

for høje værdier af, denne acceptskæring påvirker ikke observerbart de tidligere distributioner. Faktisk er levetiden i dette tilfælde så kort, at næsten alle de mørke fotoner forfalder meget før 5 cm. For lavere værdier af i stedet er konsekvensen af nedskæringen i accept mere synlig og kan reducere antallet af accepterede begivenheder med en størrelsesorden, især for meget lave masser. Imidlertid, og dette er en af hovedbudskaberne i dette papir, antallet af potentielt observerbare begivenheder forbliver stadig betydeligt for en bred region af parameterrummet, især for mulighederne for højere energimaskine. Især giver det også mulighed for yderligere detektions ineffektivitet, det kan ses, at kinetiske blandinger ned til få gange og masser op til ~200 MeV kan undersøges.

kun baseret på signalstatistik (dvs., uden at tage hensyn til mulige detektoropløsningseffekter og andre mulige instrumentelle baggrunde), oversættes dette til de udforskelige regioner, der er vist i figur 4, for de tre sager, der er under overvejelse. Mens sag (a) næsten udelukkende dækker en region, der allerede er udelukket af tidligere stråledumpforsøg, kan tilfælde (b) og (c) potentielt undersøge en relativt bred uudforsket region (se figur 1). På den anden side skal det også understreges, at denne samme region forventes at blive dækket af de førnævnte fremtidige faste måleksperimenter (se igen Figur 1).

figur 4

Udforskelig region for tilfælde (a) fast, (b) stiplet og (c) prikket i flyet . Ingen instrumentelle baggrunde tages i betragtning såvel som potentielle effektivitets-og opløsningseffekter for detektoren. Over ~210 MeV reducerer åbningen af 2-muon-kanalen drastisk effektiviteten af metoden.

det er værd at understrege endnu en gang, at kravet om at observere en cm-skala forfaldsvej ideelt afviser enhver mulig fysisk baggrund for vores signal. Alligevel skal andre instrumentelle effekter tages nøje i betragtning, som diskuteret i det følgende afsnit.

4. Implementering på nuværende og fremtidige faciliteter

det er af interesse at forstå, hvor svært det ville være at praktisk gennemføre de ideer, der hidtil er diskuteret, på virkelige eksperimentelle faciliteter. Dette kræver en detaljeret viden om den faktiske maskine og detektorens design og forventede (eller målte) ydeevne. Kun specifikke undersøgelser baseret på disse tal kan i sidste ende afgøre, om metoden er anvendelig eller ej, i hvilket omfang og på hvilken maskine. En åbenbar forskel mellem vores forenklede modeller og virkelighed kan findes for eksempel i tilfælde (c); både de gamle og de fremtidige B-fabrikker er faktisk asymmetriske maskiner, idet elektronstrålen er af højere energi i forhold til positron-en. Selv om dette kan ændre de specifikke acceptkrav med hensyn til den symmetriske mulighed, der diskuteres i dette papir, er det dog rimeligt at antage, at lignende konklusioner stadig kan drages.

af generelle grunde er der fire parametre, der skal tages i betragtning: den primære produktionshastighed, bjælkernes dimensioner, bjælkerørets og detektorens toppunktfunktioner.

hvad angår det første punkt, er fabriksmuligheden (sag (A)) til trods for det højere produktionstværsnit mindre effektiv end de to andre, ikke kun på grund af den meget lavere integrerede lysstyrke, men også som tidligere nævnt på grund af den iboende begrænsning på grund af de lavere lorentse boost-faktorer. Forslaget om at køre dansker ved højere energier er i denne henseende særligt interessant, fordi dette ville gøre det muligt at øge forfaldsstierne proportionalt med .

som tidligere nævnt holdes bjælkernes dimensioner for alle de pågældende maskiner meget små i tværretningen. For eksempel hos DANE har bjælkerne ~1,5 mm, ~0,02 mm og meget lavere dimensioner på de andre maskiner. Bemærk, at begge figurer 2 og 3, som vi baserer vores søgestrategi på, henviser til tværgående henfaldsstier, så stråledimensionerne i længderetningen er irrelevante for vores konklusioner. Det er klart, at ikke-gaussiske haler af kollisionskonvolutten til en vis grad kan øge baggrundsforureningen. Men hvis de ikke er fuldstændigt undertrykt, kan de stadig studeres ved hjælp af andre kendte processer, som for den gaussiske del.

en reel bekymring er de faktiske stråle-rør dimensioner. Blandt de eksisterende faciliteter er KLOE-2 hos DANE den eneste, der har en strålerørradius ved interaktionspunktet på 5 cm. Hvad angår maskinerne, der kører ved charmetærsklen, har den eneste, der i øjeblikket er i drift, Den Kinesiske collider BEPC, et strålerør ved interaktionspunktet på 3,5 cm i radius; dens nuværende lysstyrke er imidlertid omkring en faktor 100 lavere end den, der kræves af vores argumenter ved den energi. For B-fabrikkerne spænder strålerørradierne fra 2,5 cm for BaBar-detektoren til 1 cm for den fremtidige SuperBelle.

mens en genovervejelse af det indre område af SuperBelle sandsynligvis er meget usandsynligt, er det i tilfælde af en fremtidig fabrik med høj lysstyrke-charme tænkeligt, at interaktionsområdet kan designes således, at det maksimerer følsomheden for den mørke fotonsøgning, der overvejes. Det er værd at bemærke her, at anmodningen om minimering af bjælkerørets dimensioner kommer til første ordre fra eksperimentet mere end fra maskinen. Faktisk er de på en eller anden måde antikorrelerede med detektorens toppunktfunktioner. Rent faktisk, opløsningen af en henfaldslængdemåling for en generisk detektor er omtrent proportional med enkeltpunktsopløsningen for den mest interne sporingsenhed og omvendt proportional med dens afstand fra henfaldspunktet. I denne henseende er den mindre gunstige situation for KLOE-2, hvis første sporingsanordning, en cylindrisk detektor med tredobbelt perle, har en indre radius på 12 cm og en enkeltpunktsopløsning på ~200 liter. Alligevel er dens estimerede toppunktsopløsning for begivenheder på 1-2 mm . Anvendelsen af siliciumdetektorer, som kan have en enkeltpunktsopløsning af ordre 10 liter, ville helt sikkert blive bedre med hensyn til KLOE-2-sagen. Mærkbart kunne alle LEP-eksperimenterne, der havde bjælkerør på 5,5 cm, nå en typisk forfaldslængdeopløsning på ~250 liter for B-henfaldshændelser takket være brugen af siliciumdetektorer . Dette indebærer det, i betragtning af cm-skalaens forfaldslængde, vi har været interesseret i indtil videre, toppunktsopløsning bør ikke være et stort problem. På den anden side kan det spille en relevant rolle i de overvejelser, der diskuteres i det følgende afsnit.

5. Meson henfalder

elektron-positronkollider giver en nyttig produktionsmekanisme via strålingsvektor meson henfalder også. Faktisk for hvert observeret henfald (og at være en vektor og en pseudoscalar meson, resp.), der kunne være en proces, undertrykt af en faktor i forhold til den tidligere . Denne kendsgerning er faktisk blevet udnyttet af KLOE-2-samarbejdet, der har søgt efter den mørke foton ved hjælp af processen i . Hvad angår søgningerne i kanalen, adskilles signalet af SM (Dalits henfald) baggrunden ved at lede efter en top i den invariante massefordeling af det endelige stat lepton-par. Men når levetiden bliver betydelig, karakteriseres disse begivenheder også ved tilstedeværelsen af hjørner, der er tydeligt adskilt af kollisionspunktet, hvilket tillader brugen af søgestrategien beskrevet i de foregående afsnit.

antallet af producerede er angivet afhvor er antallet af producerede vektormesoner og er forgreningsforholdet for det tilsvarende standardstrålende henfald.

lad os først overveje ovennævnte proces. På a-factory produceres ~ mesoner hver leveret af maskinen. Siden, det ses let, at antallet af producerede signalhændelser, antager , bliver ubetydelig for . På den anden side , for højere værdier af, den gennemsnitlige henfaldsvej bliver umådeligt (sammenlignet med millimeter skala toppunktsopløsninger) kort, men for meget lave masser. For eksempel, for det er allerede 0,8(0,2) cm, for MeV. Med mindre, derfor, man integrerer luminositeter, der stort set overstiger dem, der forventes fra den aktuelt betragtede maskine, metoden er næppe anvendelig på denne henfaldskanal.

lad os nu vende vores opmærksomhed mod overgangen. Denne proces er allerede undersøgt i, hvor, imidlertid, sagen for kortvarige mørke fotoner overvejes kun. Som før har man /fb-1, der kører på toppen. I betragtning af at man opnår ~150 begivenheder for og ab-1. På den anden side er den gennemsnitlige henfaldsvej for denne værdi af kinetisk blanding kun af den rigtige størrelsesorden for et begrænset antal masseværdier. Det er for eksempel 11,2, 2,8 og 0,45 cm for henholdsvis = 10, 20 og 50 MeV. Effekten af dette ses i figur 5 , hvor antallet af henfald, der forekommer i en afstand mellem 1 og 5 cm fra interaktionspunktet, afbildes som en funktion af, for forskellige værdier af . Forskelligt fra tilfældet, her er det effekten af, at levetiden er kort at være dominerende, i det mindste for de kinetiske blandingsværdier af interesse , fordi for højere mørke fotonmasser og lav nok overlever næsten alle i mindre end 1 cm. Bemærk også, at en yderligere reduktion i antallet af observerbare begivenheder skal overvejes på grund af geometriske acceptovervejelser. Der er stadig et lille område af parameterrummet, som man kan håbe på at observere et rimeligt antal henfald inden for accept.

figur 5

antal mørke fotoner fra processen med henfald stier større end 1 cm og lavere end 5 cm, som en funktion af og for forskellige værdier af . En integreret lysstyrke på 1 ab-1 overvejes.

der er dog en yderligere fordel, der er specifik for begivenheder; disse processer kan faktisk også bruges til at måle den faktiske mørke fotonforfaldsvej på en begivenhed-for-begivenhed, forudsat at den endelige tilstand meson henfalder til mindst et par ladede partikler. I dette tilfælde bestemmer positionen af de sidstnævnte partikler det primære Produktions toppunkt, mens henfaldspositionen bestemmes som sædvanlig af den ene.

for eksempel kan man til begivenheder bruge processen, hvor parret tillader at bestemme nøjagtigt kollisionspunktet til prisen for at reducere den samlede mængde nyttige begivenheder med en faktor ~0,43 . Da vi er interesseret i millimeter skala forfald stier, foton konvertering baggrund bør ikke være et problem længere. Imidlertid, der er en fysisk baggrund, der skal holdes nu i betragtning, nemlig, Dalits henfald af,. Dens forgreningsforhold kan estimeres til at være ca.~, så processen er ~ gange hyppigere end signalet, hvis . Imidlertid, i dette tilfælde, and-hjørnerne skal falde sammen inden for detektorens opløsning,. Derfor kan en reduktion af baggrunden med en faktor opnås ved kun at acceptere begivenheder med målte henfaldsveje større end . Desuden forventes baggrundshændelser at have en bred invariant massefordeling, mens henfald er en smal resonans i en sådan kanal. Ikke overvejer formfaktoreffekter, antallet af baggrundshændelser,, i et vindue på omkring er givet ca.

Bemærk, at afhængigheden af (5) favoriserer observation af mørke fotoner med højere masse. På den anden side , da henfaldsvejen skaleres som, effekten af en endelig toppunktsopløsning favoriserer observation af partikler med lavere masse.

i et givet eksperiment bør to parametre derfor ideelt set holdes så små som muligt, og . Tag for eksempel,, MeV. Ifølge (5) ville antallet af baggrundshændelser i den interessante massebakke i dette tilfælde være ~ for MeV. Ved at anvende det ovenfor beskrevne snit reduceres dette tal til ~20. Derfor, for mm, signalbetydningen (dvs.antallet af signalhændelser divideret med kvadratroden af baggrunden) ville være~. Det er vigtigt at understrege, at bjælkerørets dimensioner i dette tilfælde er irrelevante for første ordre, da vi har at gøre med relativt korte forfaldslængder. På den anden side skal det også bemærkes, at vi her antager fuld detektionseffektivitet, som kan afsløre en overoptimistisk antagelse. Hvad angår kontinuumhændelserne, er det kun detaljerede undersøgelser baseret på realistiske detektorparametre, der endelig kan vurdere metodens potentialer.

6. Konklusioner

eksperimentelle søgninger efter en ny, lys, neutral boson, den “mørke foton” eller , forfølges i mange laboratorier i verden ved hjælp af forskellige detektionsteknikker. Hvis det er let nok, og hvis dets koblinger med sm-partikler undertrykkes af en faktor, der er i forhold til den almindelige foton, kan den få en relativt lang levetid. Denne kendsgerning kan udnyttes ved colliders ved at søge i et henfaldshøjde, der er godt adskilt af den primære produktion, i begivenheder. Papiret viser, at nye generations Collider har potentialerne til fuldt ud at udnytte denne teknik og kan udforske effektive koblinger ned til få gange og masser i området 10-100 MeV ca. Generelt foretrækkes maskiner med højere energi, fordi den højere lorentse boost af de producerede (lette) bosoner muliggør en bedre adskillelse af de sekundære hjørner. Det ses imidlertid også, at implementeringen af denne metode til reelle faciliteter kræver et korrekt design af interaktionsområdet og et klogt valg af sporingsdetektoren. Så vidt vi ved, er strålerørdimensionerne af SuperBelle desværre langt fra at være optimale i denne henseende. På den anden side, da alle fremtidige fabrikker med høj lysstyrke stadig er i en foreløbig designundersøgelsesfase, det kan tænkes, at interaktionsområdet i dette tilfælde kan designes for at maksimere følsomheden for den foreslåede søgeteknik. En sådan maskine kan også tilvejebringe en komplementær søgemetode ved observation af fordrevne hjørner i fuldt rekonstruerede begivenheder, hvilket øger interessen for opførelsen af en sådan facilitet.

interessekonflikt

forfatteren erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikt med hensyn til offentliggørelsen af dette papir.

Acnedgments

forfatteren vil gerne takke S. Andreas og D. Babusci for hjælp og nyttige diskussioner.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.