|
Высокоэнергетический мюонный пучок для поиска темной материи
|
|
|
|
Эксперимент NA64 был запущен в северном отделении SPS ЦЕРНА в 2016 году. Его целью является поиск неизвестных частиц из гипотетического "темного сектора". Для этого NA64 направляет электронный луч на неподвижную мишень. Затем исследователи ищут неизвестные частицы темного сектора, образующиеся в результате столкновений электронов луча с атомными ядрами мишени. Недавно команда NA64 начала использовать мюонный пучок SPS для поиска новых частиц, которые взаимодействуют преимущественно с мюонами — более тяжелыми разновидностями электронов — и могут одновременно объяснить давнюю загадку аномального магнитного момента мюона и проблему темной материи (DM). Их первые результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters 8 апреля. В этой статье коллаборация NA64 устанавливает новые ограничения на доступное пространство параметров — окно, в котором исследователи могли бы обнаружить гипотетическую связь темного бозона Z' только с мюонами и тауонами при заданных значениях его массы и силы связи.
|
|
|
В так называемой стандартной модели Z' может распадаться только обратно на нейтрино и может дать объяснение загадке аномального магнитного момента мюона. Однако в расширенных моделях он также может распадаться на DM-кандидаты. Это решило бы проблему DM, предсказав наблюдаемую реликтовую плотность частиц DM, созданных в ранней Вселенной. Благодаря этим результатам сотрудничество NA64 демонстрирует огромный потенциал мюонных пучков в поисках темной материи и в будущих новых физических сценариях, предпочтительно связанных с мюонами. "Мюоны, рассеивающиеся от ядер мишени, могут привести к образованию гипотетического темного бозона Z', за которым последует его невидимый распад либо на пару нейтрино, либо на пару кандидатов в темную материю, в зависимости от базовой модели", - объясняет заместитель технического координатора Лаура Молина Буэно. "Отличительной чертой этого производства было бы отсутствие энергии и импульса в наших детекторах". Для этого пучок третичных мюонов с энергией 160 ГэВ, полученный из первичного протонного пучка SPS, направляется на электромагнитный калориметр, действующий в качестве активной мишени.
|
|
|
|
Затем экспериментаторы ищут события, в которых один мюон в конечном состоянии имеет импульс менее 80 ГэВ и не обнаруживает активности в последующих калориметрах. Поскольку в области ожидаемого сигнала не наблюдалось события, соответствующего этим условиям, исследователи смогли исключить эту область и заключить, что для первой модели единственно возможное окно массы для темного бозона Z', объясняющее мюонную аномалию g-2, составляет от 6 МэВ до 40 МэВ. Их результаты также показывают, что легкая тепловая темная материя, связанная со стандартной моделью через a (Lmu-Ltau) Z', не может быть тяжелее 40 МэВ. NA64 является одним из первых экспериментов по поиску темных секторов, слабо связанных с мюонами. Экспериментаторы уверены, что в будущем они смогут охватить все доступное пространство параметров, используя более высокую интенсивность пучка. "Использование мюонного пучка открывает новые возможности для изучения других хорошо обоснованных новых физических сценариев, таких как эталонные модели темных фотонов, скалярные порталы, частицы с миллионным зарядом или процессы, нарушающие вкус лептонов", - заключает представитель NA64 Паоло Кривелли.
|
|
|
|
Источник
|
