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NA64利用高能SPS介子束寻找暗物质

导读 NA64 实验于 2016 年在 CERN 的 SPS 北区开始运行。其目的是从假设的暗区寻找未知粒子。对于这些搜索,NA64 将电子束引导到固定目...

NA64 实验于 2016 年在 CERN 的 SPS 北区开始运行。其目的是从假设的“暗区”寻找未知粒子。对于这些搜索,NA64 将电子束引导到固定目标上。然后,研究人员寻找由光束电子与目标原子核碰撞产生的未知暗区粒子。

最近,NA64 团队开始使用来自 SPS 的 μ 子束来寻找主要与 μ 子(电子的较重版本)相互作用的新粒子,并可以同时解释 μ 子的反常磁矩和暗物质的长期谜题。 (DM)问题。他们的第一个结果于 4 月 8 日被《物理评论快报》杂志接受。

在本文中,NA64 合作对可用参数空间设置了新的限制,即研究人员可以在给定质量和耦合强度值的情况下找到仅与 μ 子和 τ 子耦合的假设暗玻色子 Z' 的窗口。

在所谓的普通模型中,Z'只能衰变回中微子,并且可以解释μ子的反常磁矩之谜。然而,在扩展模型中,它也可以退化为 DM 候选者。这将通过预测观测到的早期宇宙中产生的 DM 粒子的遗迹密度来解决 DM 问题。

通过这些结果,NA64 合作展示了 μ 子束在暗物质搜索以及未来优选与 μ 子耦合的新物理场景中的巨大潜力。

“目标中散射的介子可能产生假设的暗玻色子 Z',随后它会不可见地衰变成一对中微子或一对暗物质候选物,具体取决于底层模型,”副技术协调员 Laura Molina Bueno 解释说。“这种产物的标志是我们的探测器会缺少能量和动量。”

为了寻找这一点,从初级 SPS 质子束衍生出的 160 GeV μ 子束被发射到作为活动目标的电磁量热计上。然后,实验人员寻找其中一个终态 μ 子的动量低于 80 GeV 且下游量热计中没有检测到活动的事件。

由于在预期信号区域中没有观察到与这些条件相匹配的事件,研究人员能够排除该区域并得出结论,对于第一个模型,暗玻色子 Z' 唯一可能的质量窗口可以解释 g-2 μ 子异常是从 6 MeV 到 40 MeV。

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