寻找光的新物理工厂

文摘

许多标准模型的扩展包括光新粒子的可能性,如光希格斯玻色子或暗物质候选者。这些场景可以探索使用收集的大型数据集B工厂、补充测量在大型强子对撞机。本文总结了最近的搜索进行的新物理巴巴和美女实验。

1。介绍

从超对称到暗物质,许多标准模型(SM)的扩展包括光新物理学的可能性。由于大量的光度,工厂提供了一个理想的环境,探索这些理论。在过去的十年中,巴巴合作在PEP-II1)和美女在KEKB协作(2,3),分别收集了大约550和超过1的数据在几个共振,大多共振(见表1)。这些数据集已经利用探索精密物理学的许多方面,包括搜索新粒子。在下面,我们审查搜索光希格斯玻色子,暗物质候选者,隐藏领域,sgoldstinos,马约喇纳中微子。

2。寻找光 有余的希格斯玻色子衰变

光希格斯玻色子预测几个标准模型的扩展,比如Next-to-Minimal超对称标准模型(NMSSM)。NMSSM希格斯部门总共包含了7个州,三人甚至,两个有余,和两个带电的希格斯玻色子。一个希格斯玻色子(逾)轻于可以逃避目前的实验约束(4),可以通过辐射检测衰变(5]。相应的分支分数可能大一些,远高于的敏感性工厂(4,6]。

希格斯玻色子衰变模式取决于它的质量和耦合,以及NMSSM粒子谱。在没有光的中性伴子,下面的μ介子衰变主要成一对,而和强子最终状态成为显著的高于该阈值。分支分数可能是主导如果中性伴子()是最稳定的粒子(7]。在这种情况下,子是一种自然的暗物质的候选者。

巴巴执行搜索灯吗有余的希格斯玻色子衰减通道。在接下来的段落,讨论这些测量和结果总结在表2。他们将严格限制光有余希格斯模型。

2.1。搜索 ,

的,候选人是由光子结合重建一双电荷相反的踪迹。光子的能量质量重心(CM)框架需要大于和一个或两个音轨必须确定为μ介子的粒子识别算法。事件包含额外的跟踪和光子被拒绝。的候选人都那么健康,约束他们的CM能量束的总能量,跟踪和实施一个共同的顶点。一系列unbinned可能适合执行dimuon质量分布提取信号。没有证据表明是观察到的;90%置信水平(CL)限制分支建立了分数的为(8]。限制的函数质量图所示1和限制的产品,在那里表示的有效耦合夸克的介子(5,9]。更严格的约束最近BES-III派生的协作质量假设下使用衰变(10]。

2.2。搜索 ,

这两个的τ通过他们的轻子衰变衰变进行标识,和。信号的签名包含两个电荷相反,确认为μ介子或电子,和至少一个光子的能量大于在CM框架。一组八个运动和角变量是用于进一步抑制背景,主要来自辐射生产和双光子过程。信号提取产量的函数通过同时适合光子的能量分布,,样本。没有多余料;CL限制设置分支分数90%的水平在这一期间(11),如图1。

2.3。搜索 ,

强子选择最终状态的完全重建衰变。事件的最高能量的光子被确定为辐射的光子衰变;的然后由候选人添加four-momenta剩余的粒子,约束衰变产品来源于交互点提高分辨率。信号获得的收益率是合适的候选人的质谱范围的步骤。零假设的结果是一致的;因此限制分支分数范围90%置信水平(12]。

2.4。搜索

这最终状态的特点是一对低能量轨道,一个高能光子,大失踪的能量和动量。额外的标准事件中的光子和额外的中性能源应用进一步抑制来自电子的轫致辐射,辐射强子粒子衰变和双光子过程中未被发现逃跑。信号提取的一系列二维的unbinned可能性符合dipion反冲质量和失踪质量的平方为双体衰变,,nonresonant停过程,,。的值和探索了和,分别。发现没有明显的信号;90%氯限制,和,设置(13]。的se limits are displayed in Figure2作为的函数和大众。

2.5。搜索 ,

的衰变也从事件中选择包含一个高能光子探测器没有额外的活动。背景主要来自、辐射巴巴和双光子融合事件。的收益率是由一系列unbinned提取符合光子能量分布的可能性。没有多余的料,和限制分支的一部分推导有90%置信水平(14]。

3所示。寻找在看不见的暗物质衰变

在最小的模型中,一个单一的暗物质粒子(SM)添加到内容,加上一个新的玻色子调停SM-dark物质相互作用[15- - - - - -17]。光中介可以生产的毁灭和衰变对,导致的无形的宽度介子。在SM,看不见通过生产进行衰减对分支部分(18),远低于当前实验灵敏度。率预计由一个或两个数量级大比,假设没有味道改变电流(19]。

搜索在看不见的暗物质已经完成了衰减巴巴使用一个样本介子(20.]。的介子选择重建转换。dipion反冲质量的山峰信号事件,而背景是广泛分布的。这一战略是常见的一些分析,并提供了一个非常干净样本。

事件拓扑包含两个电荷相反的轨道没有任何额外的活动。选择使用多元分类器执行基于变量描述π介子,中性能源存入热量计,多样性候选人。

结果dipion反冲的分布质量(图3)显示一个明确的峰值对应介子的nonresonant组件。除了信号事件背景衰变,衰变产物逃跑未被发现,也在场。动的信号,这个组件是使用蒙特卡罗模拟评估。

背景信号峰值产量的总和是首先提取一个扩展的最大似然适合dipion反冲的质量。减去背景见顶之后,产生的一个信号是测量,第一是统计,第二个系统的不确定性。没有证据衰减是观察和90%的置信水平贝叶斯上限已经设置了它的分支部分在分支部分使用之前的公寓。这个结果改善之前最好的测量(21近一个数量级,并设置严格限制最小光暗物质模型。

4所示。寻找暗物质和隐藏的行业

暗物质模型的一个新类最近提出,后从卫星和地面观测实验。这些模型引入一个新的隐藏行业WIMP-like费密子暗物质粒子带电下一个新的交换计组(22- - - - - -24]。相应的规范玻色子,被称为一个隐藏的光子(),是有质量的限制规模来解释电子/正电子过剩帕梅拉[观察到25和费米26),没有可比的反质子的信号。隐藏的光子夫妇SM光子通过动力学混合搅拌强度,连接隐藏部门SM粒子(27]。

希格斯机制生成隐藏的玻色子的质量,增加隐藏的希格斯玻色子的理论。最小模型包括一个隐藏的光子和一个希格斯玻色子28]。额外的测量和希格斯玻色子被认为是在更复杂的变化(29日,30.]。

4.1。寻找隐藏的光子

隐藏的光子很容易形成互动,通过他们的重建轻子衰变的共鸣()光谱。这个签名是类似的光希格斯粒子生产逾(8),搜索这个通道因此被重新解释为限制隐藏光子生产(31日]。在图所示的限制4,加上边界来自测量在KLOE衰变(32),搜索直接生产固定靶实验(31日,33,34]。一个隐藏的光子也可以为μ介子异常磁矩,从这个测量显示和约束。值的混合力量了在探索。

其他测量可以重新解释为界限隐藏光子生产,如搜索峰值事件(11]或包容生产(12]。无形的衰变,如果隐藏的玻色子发生衰变,长寿,也可以发现作为一个单色的光子的山峰事件(14]。

4.2。寻找隐藏的玻色子

非阿贝尔的延伸隐藏领域引入额外隐藏计玻色子,一般表示。现象学取决于精确的结构模型,但沉重的隐藏的玻色子衰变轻州如果动可容,而最轻的玻色子亚稳态和衰变SM费米子与隐藏的光子(通过混合29日,30.]。非阿贝尔隐藏领域也可以容纳非弹性暗物质(36)如果质谱包含几乎退化状态。

巴巴执行搜索diboson生产吗,,事件,玻色子重建通过衰变为轻子对(37]。这项研究已经完成在非弹性暗物质模型的背景下,寻找两个相似质量的玻色子。

信号特征包括两个窄dileptonic相似质量的共振携带整束的能量。这种拓扑是很独特的;唯一的背景来自QED的过程。提取信号的函数的平均dileptonic质量范围内。发现没有明显的信号;限制横截面。结果翻译成限制的产品,在那里和隐藏的部门评估耦合常数。值到探测,假设几乎退化玻色子。

4.3。寻找隐藏的希格斯玻色子

Higgsstrahlung过程,,,提供了另一种通向隐藏领域。这个过程是为数不多的被只有一个混合的力量镇压力量,和背景将几乎可以忽略不计。拓扑是由玻色子的质量。而希格斯玻色子比两个隐藏的光子重迅速衰减,他们成为亚稳低于这个阈值,产生流离失所的衰变或逃避未被发现。

寻找隐藏的希格斯玻色子Higgsstrahlung生产提示衰变政权一直在进行巴巴根据521年的数据样本(38]。测量范围内执行和,约束。信号的完全重构到轻子或介子对(独占模式),或部分重构(包括模式)。的独家模式包含六个轨道,形成三个隐藏光子候选人以同样的质量和总不变的质量接近厘米的能量。六个介子最终状态有明显比另一个更大的背景独家模式和排除在搜索。只有两三个隐藏光子重建作为包容dileptonic共振模式。剩下的隐藏的光子,分配给反冲系统,必须有一个质量兼容Higgsstrahlung假说。

没有明显的信号是观察,和上限,横截面的函数设置隐藏的希格斯粒子和隐藏的光子质量。这些界限最终转化为产品的限制。结果显示在图5。值到被排除在外的相当大一部分参数空间探测。这些限制是转化为约束的混合强度范围,假设。

5。寻找Dimuon衰变的赝标量Sgoldstinos

观察三个事件与dimuon不变的大规模集群由HyperCP协作(39)引发了很多讨论一个新的光的状态的可能性生产的衰变。推测这种状态的本质包括赝标量sgoldstino [40),一个隐藏的部门光子(35,41),或光希格斯玻色子42]。后续测量碰撞(8,33),相互作用(43]排除了光子光希格斯玻色子和隐藏的假设。

美女协作执行搜索这个状态,,和,,使用一个样本的6.75亿衰减双(44]。的介子重建相结合两个易于识别与一个μ介子或对。信号识别候选人使用传送能源约束的质量和能量差,在那里表示光束能量和()的动力(能量)候选人在质量重心体系中。信号(在该地区选择)事件和()。相应的dimuon质量分布如图6。没有事件中观察到的信号。

缺乏证据赝标量dimuon共振,C.L.上限90%的分支部分,设置的和,分别。他们排除模型II和III的sgoldstino解释HyperCP观察(45]。

6。寻找轻子数违反和马约喇纳中微子

轻子数守恒的低能物理的SM模型,但可以违反的新的物理场景,如模型包含马约喇纳中微子。在这种情况下,中微子是自己的反粒子,和反应改变轻子数由两个单位成为可能。迄今为止,最敏感的搜索是基于近年核双β衰变(46),但核环境复杂的提取中微子质量规模。涉及介子衰变的过程,如(,),提出了一个可能的选择。马约喇纳中微子的存在可以调解这一反应,并将显示为一个增强的质谱峰的强子和一个轻子(47,48]。

巴巴执行一个搜索违反轻子号码衰减与和基于样本几百万双(49]。的介子候选人重建相结合的强子一对跟踪确认为轻子从粒子识别算法。背景抑制通过提高决策树(bdt)描述事件的形状和使用变量介子的候选人。的数量事件提取多维bdt响应的可能性和能量受限的质量,在那里的势头吗厘米的框架。没有观察到这种衰变的证据,并限制相应的分支分数设置。

类似的分析已由美女,,衰变,紧随其后的是后续衰变(50]。7.72亿年的分析是基于一个数据样本对收集的共振。的候选人确定使用能量差,和。被定义为信号区域和为和()最终状态。没有信号事件观察和90% CL限制设置分支分数,假设统一的三阶段的空间分布衰变。

结果被发表在表3和限制马约喇纳中微子质量的函数衰减也显示在图吗7。的敏感性最近的通道是类似于测量LHCb在同一频道(51,52),是一个数量级比以前更严格的结果衰变(53]。

7所示。结论

工厂已被证明是通用的机器,适合寻找光新物理学广泛的过程。下一代的味道工厂预计将提高这些搜索到两个数量级的敏感性,进一步限制了这些理论的参数空间。更多的结果在不久的将来,并希望有助于阐明物理学标准模型之外的本质。

确认

作者要感谢大卫Hitlin评论文章,Rouven Essig有用的理论讨论,黑暗和马修·格雷厄姆讨论限制光子生产和提供相应的图。b .支持Echenard能源部批准号下de - fg02 - 92 er40701。

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