On the Origin of Long-Lived Particles
MATHUSLA是一个拟议中的大体积位移顶点（DV）探测器，位于CMS上方的表面，旨在寻找HL-LHC产生的长寿命粒子（LLP）。我们表明，在MATHUSLA发现LLP不仅可以证明BSM物理的存在，还可以揭示LLP的理论起源，尽管MATHUSLA没有收集LLP衰变产物的能量或动量信息。我们的分析是简单和强大的，使得它很容易推广到包括更复杂的LLP的情况下，我们的方法是适用于LLP衰变中发现的ATLAS，CMS，LHCb，或其他外部检测器。在LLP检测事件中，MATHUSLA可以作为主检测器的1级触发器，确保在CMS中读取LLP生产事件。我们进行LLP简化模型分析表明，结合MATHUSLA和CMS检测器的信息将允许LLP生产模式拓扑结构被确定与$\sim 100$观察到的LLP衰变。基本的理论参数，如LLP和母粒子质量，也可以用$\lesssim 10\%$精度测量。结合从观测到的DV的几何性质中获得的LLP衰变模式的信息，很明显，MATHUSLA和CMS一起将能够非常详细地描述任何新发现的物理学。
2021-11-01 hep-ex hep-ph
Discovery potential of a long-lived partner of inelastic dark matter at MATHUSLA in $U(1)_{X_3}$ extension of the standard model
本文研究了标准模型 $U(1)_{X_3}$ 扩展中非弹性暗物质的长寿命伴生粒子在 MATHUSLA 实验的发现潜力，发现 $U(1)_{R_3}$ 模型下该粒子飞行距离可达百米级且产生截面可观，能被有效探测。
2025-07-15 astro-ph.CO hep-ph
Long-lived bi$\boldsymbolν$o at the LHC
我们研究了长寿命双$ν$ o，伪狄拉克双星，负责中微子质量，在大型强子对撞机和专用的长寿命粒子探测器的检测前景。双$ν$ o出现在$U(1)_R$对称超对称模型中，其中中微子质量是通过反跷跷板机制中的高维算子产生的。在大型强子对撞机中，双$ν$ o通过夸克衰变产生，随后通过与标准模型中微子的混合衰变为夸克、带电轻子和丢失的能量。我们考虑长寿命双$ν$ os的逃脱ATLAS或CMS探测器作为丢失的能量和衰变到带电轻子内拟议的长寿命粒子探测器FASER，CODEX-b，和MATHUSLA。我们发现目前允许的区域中的squark-bi $ν$ o质量参数空间重铸最近的大型强子对撞机搜索喷气机+MET。我们还确定了MATHUSLA，CODEX-b和FASER的范围。我们发现，一个大区域的参数空间，涉及夸克质量，双$ν$ o质量和信使规模可以探测与MATHUSLA，范围从双$ν$ o质量为10 GeV-2 TeV和信使规模$10^{2-11}$ TeV的范围内的夸克质量。
2021-03-01 hep-ex hep-ph
Geometric Optimization of the MATHUSLA Detector
MATHUSLA是一种用于中性长寿命粒子衰变的位移顶点探测器。提出了它的衰变体积的大小和位置的一般规格。在这项研究中，不同的简化模型，包含LLP的Monte Carlo事件发生器进行了研究，并LLP衰变概率图生成。根据CMS探测器周围的可用土地，为每个模型找到探测器的具体最佳配置。我们证明，建议的10000平方米的工程基准的位置和尺寸可以修改，以便提高验收（高达12%以上的LLP衰减）观察。此外，它被发现，工程基准将观察到约80%的LLP衰变的数量，早期的MATHUSLA 200物理灵敏度基准与四倍的面积将观察到。
2021-02-08 hep-ex hep-ph
Extending the reach of FASER, MATHUSLA, and SHiP towards smaller lifetimes using secondary particle production
许多现有的或拟议的强度前沿搜索实验寻找衰变签名的轻长寿命粒子（LLP），高度位移的相互作用点，在一个遥远的探测器，是很好地屏蔽SM背景。然而，这种方法仅限于衰变长度类似于或大于这些实验基线的新粒子。在这项研究中，我们将讨论如何在超越最简单场景的BSM模型中克服这一基本约束。如果模型中存在一个以上的轻新粒子，则LLP的额外二次产生可能就发生在检测器前面，从而打开了一个新的寿命机制。我们说明了这种搜索在未来的实验FASER，MATHUSLA和SHiP，代表性的模型，强调可能的连接到暗物质或异常磁矩的μ子的前景。我们还分析了采用专用中微子探测器放置在前面的主要衰变量的额外优势。
2020-06-22 hep-ph
MATHUSLA: A Detector Proposal to Explore the Lifetime Frontier at the HL-LHC
在大型强子对撞机上对长寿命粒子的观测将揭示标准模型之外的物理学，可以解释我们对宇宙的理解中的许多悬而未决的问题，并且可以想象地指向一个更完整的基本相互作用理论。这种长寿命的粒子特征是从根本上激发的，几乎可以出现在每一个解决宇宙的层次问题、暗物质、中微子质量和重子不对称性的理论结构中。在本文中，我们描述了位于HL-LHC $pp$相互作用点上方的大型探测器MATHUSLA，它可以观察到寿命高达0.1 s的大爆炸核合成极限的长寿命粒子。我们还注意到，它的大探测器面积使Mathusla能够为宇宙射线物理学做出重要贡献。由于有可能在我们对宇宙的概念理解方面取得重大突破，长寿命粒子的研究应该具有最高的优先级。
2019-01-13 hep-ex hep-ph
Long-Lived Particles at the Energy Frontier: The MATHUSLA Physics Case
我们研究的理论动机长寿命粒子（LLP）的信号在大型强子对撞机的全面调查标准模型（SM）的扩展。LLP是一个广泛的理论，解决未解决的基本奥秘，如自然性，暗物质，重子生成和中微子质量的共同预测，并代表了自然和一般的可能性物理超越SM（BSM）。在大多数情况下，LLP寿命可以被视为从$μ$ m尺度到大爆炸核合成极限$\sim 10^7$ m的自由参数。寿命超过$\sim$ 100 m的中性LLP特别难以探测，因为LHC主探测器的灵敏度受到具有挑战性的背景，触发器和小接受度的限制。MATHUSLA是一种靠近ATLAS或CMS的最小仪器化大体积表面探测器。它将通过在低背景环境中重建位移顶点（DV）来搜索HL-LHC碰撞中产生的中性LLP，从而将主要探测器的灵敏度在长寿命范围内扩展几个数量级。在这篇白皮书中，我们研究了HL-LHC上类似MATHUSLA的探测器所提供的LLP物理机会。我们开发了一种模型无关的方法来描述MATHUSLA的灵敏度BSM LLP信号，并将其与ATLAS或CMS的DV和缺失能量搜索进行比较。然后，我们探讨了BSM的动机有限责任合伙企业在相当详细的，提出了大量的新的敏感性研究。虽然我们的讨论是特别面向长寿命制度在MATHUSLA，这项调查强调了不同的LLP搜索程序在LHC的重要性。通过将这些结果合成为LLP搜索的自上而下和自下而上动机的一般讨论，我们的目的是展示MATHU…
2019-03-05 hep-ex hep-ph
Long-Lived Fermions at AL3X
最近，Gligorov $\textit{et al.}$ [arXiv：1810.03636]提出在LHC的相互作用点（IP）2的$\texttt{ALICE}$实验附近建造一个名为“$\texttt{AL3X}$”的圆柱形探测器，旨在HL-LHC运行5期间发现长寿命粒子（LLP）。我们调查的潜在的灵敏度达到这个探测器在不同的新物理模型的参数空间与长寿命的费米子，即重中性轻子（HNL）和轻超对称中性子，这两个以前没有在这方面进行过研究。我们的研究结果表明，$\texttt{AL3X}$达到可以补充或优于其他提出的检测器，如$\texttt{CODEX-b}$，$\texttt{FASER}$，$\texttt{MATHUSLA}$和$\texttt{SHiP}$。
2018-11-05 hep-ph
An Update to the Letter of Intent for MATHUSLA: Search for Long-Lived Particles at the HL-LHC
我们报告了HL-LHC拟议的MATHUSLA长寿命粒子（LLP）探测器设计的最新进展，更新了原始意向书（LoI）中的信息，见CDS：LHCC-I-031，arXiv：1811.00927。在LHC第5点确定了一个合适的位置，该位置比LoI中假设的更接近CMS相互作用点（IP）。衰变体积的高度从20 m增加到25 m。工程研究已经进行，以定位地下的大部分衰变体积，使探测器更接近IP。通过这些变化，100 m x 100 m探测器对于大c $τ$具有与LOI和其他研究中描述的200 m x 200 m探测器相同的物理范围。小c $τ$的性能由于接近IP而得到改善。探测器技术也在不断发展，同时保留了LOI中所述的电阻板室（RPC）中的条形传感器几何结构。本设计使用挤压闪烁体棒，使用波长偏移光纤和硅光电倍增器（SiPM）读出。操作将更简单，更强大，操作电压低得多，不使用温室气体。制造是简单的，应该会节省成本。由于2018年在ATLAS之上运行的MATHUSLA测试台进行了新的模拟研究和测量，对背景的理解也有了显著的进步。我们讨论了Mathusla合作的下一步，并确定了新成员可以做出特别重要贡献的领域。
2020-09-03 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Inelastic Dark Matter at the LHC Lifetime Frontier: ATLAS, CMS, LHCb, CODEX-b, FASER, and MATHUSLA
在束流收集器、固定靶和对撞机实验中，人们已经广泛地寻找来自光的衰变的可见信号--长寿命的隐藏扇形粒子。如果这样的隐藏扇区通过比$\sim 10$ GeV重的介质耦合到标准模型，那么它们在低能加速器中的产生就会受到运动学上的抑制，从而留下大量可行的参数空间。我们在非弹性暗物质模型中研究了这种情况，这些模型在各种现有和拟议的LHC实验中产生了可见信号，如ATLAS，CMS，LHCb，CODEX-b，FASER和MATHUSLA。这些实验可以利用大型强子对撞机的大质心能量，从宇宙学激发的$\sim 1-100$ GeV质量范围内的暗光子衰变中产生GeV尺度的暗物质。我们还提供了一个详细的计算辐射暗物质-核子/电子弹性散射截面，这是相关的估计率在直接检测实验。
2018-10-03 hep-ex hep-ph
Conceptual Design Report for the MATHUSLA Long-Lived Particle Detector near CMS
本报告介绍MATHUSLA长寿命粒子探测器概念设计，其位于CMS附近，利用大体积闪烁体跟踪和岩石屏蔽，探测HL-LHC主探测器灵敏度之外一至两个数量级的LLP信号，并展示高信号效率与极低本底。
2025-03-26 hep-ex hep-ph physics.ins-det
MATHUSLA: An External Long-Lived Particle Detector to Maximize the Discovery Potential of the HL-LHC
本文介绍了位于 HL-LHC 的 MATHUSLA 长寿命粒子探测器的设计、制造与安装现状，指出其能将 LLP 探测范围提升一至两个数量级，为解决等级问题等提供独特灵敏度，是 CERN 探索新物理的关键。
2025-04-01 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Heavy neutral leptons at ANUBIS
最近，Bauer $\textit{et al.}$ arXiv：1909.13022提出了一种安装在ATLAS或CMS相互作用点上方的一个竖井中的辅助探测器ANUBIS，作为寻找长寿命粒子的工具。在这里，我们研究了这一建议的灵敏度长寿命的重中性轻子（HNL）在最小和扩展的情况。我们从最小的HNL模型，其中HNL的产生和衰变都是由活性-无菌中微子混合介导的，然后研究左右对称模型中右手中微子的情况。然后，我们考虑SM的$U(1)_{B-L}$扩展。在这个模型中，HNL是由大部分类似SM的希格斯玻色子玻色子的衰变产生的，通过在理论的标量部分混合。在所有情况下，我们发现，ANUBIS的灵敏度达到建议的MATHUSLA探测器。对于最小HNL情况，$W$的衰变对HNL的贡献在ANUBIS比在MATHUSLA更重要，从而将灵敏度扩展到ANUBIS的稍大HNL质量。
2020-03-12 hep-ph
Electroweak phase transition triggered by a long-lived scalar and LHC searches
Yantai University（烟台大学）
本研究在单态标量扩展标准模型中，通过长寿命标量S实现强一级电弱相变，并利用LHC主探测器及远探测器（如ANUBIS、MATHUSLA）联合搜索，覆盖了$10^{-10}\leq\sin\theta\leq10^{-5}$、$m_S$高达250 GeV的参数空间。
2026-10-27 hep-ph
Enhanced long-lived dark photon signals at lifetime frontier detectors
本文研究新暗光子模型中隐藏辐射过程对长寿命暗光子信号的增强作用，评估FACET、FASER、MATHUSLA和CMS-MTD等寿命前沿探测器的探测能力，发现该过程显著扩大可探测参数空间，且不同探测器具有互补性。
2023-12-23 hep-ex hep-ph
Detection prospects of long-lived quirk pairs at the LHC far detectors
本文研究了LHC远探测器对五种简化quirk情景的探测能力，通过包含次领头阶QCD修正模拟quirk事件并计算能量损失与湮灭时间尺度，发现FACET和FASER2等远探测器能有效补充甚至超越主探测器搜索。
2024-04-29 hep-ph
Long-lived light neutralinos at future $Z-$factories
未来的轻子对撞机，如CEPC和FCC-ee，将作为高亮度的$Z-$玻色子工厂运行，这为研究与Z玻色子耦合的长寿命粒子提供了一个独特的机会。为了证明这一特殊的优势，在这项工作中，我们考虑一个基准的物理场景中，长寿命的最轻的中性伴子对$(\tildeχ_1^0\tildeχ_1^0)$产生的$Z-$衰变的背景下的R宇称违反超对称性。我们的分析表明，当假设BR $(Z\rightarrow \tildeχ_1^0\tildeχ_1^0) = 10^{-3}$和$m_{\tildeχ_1^0} \sim 40$ GeV时，模型参数$λ'_{112} / m^2_{\tilde{f}}$可以低至$\sim 1.5 \times 10^{-14}$（$3.9 \times 10^{-14}$）GeV $^{-2}$，在FCC ee（CEPC），质心能量为$\sqrt{s} = 91.2$ GeV，积分光度为150（16）ab $^{-1}$。这些极限超过了HL-LHC的ATLAS实验和拟议的LHC远探测器实验（AL 3X，CODEX-b，FASER和MATHUSLA）的预期灵敏度。
2020-06-10 hep-ph
Lepton Number Violation: from $0νββ$ Decay to Long-Lived Particle Searches
我们研究了$0νββ$衰变实验中轻子数破坏的补充检验，在LHC主探测器ATLAS/CMS上的长寿命粒子（LLP）搜索，以及建议的远探测器MATHUSLA。在一个简化的模型与标量双峰$S$和马约拉纳费米子$F$的上下文中，我们表明，虽然$0νββ$ -衰变实验可以探测更大的部分参数空间，LLP搜索可以唯一地探测区域较小的耦合和群众，如果$S$是在TeV规模，而$F$是在或低于电弱规模。我们还调查了现有的搜索，轻子数违反不敏感的参数空间上的约束。
2022-05-31 hep-ex hep-ph
Searching for Long-lived Particles: A Compact Detector for Exotics at LHCb
我们主张在LHCb实验中建造一个新的探测器元件，旨在利用LHCb洞穴中的大型屏蔽空间寻找超过标准模型长寿命粒子的位移衰变，预计很快就会可用。我们讨论了这样一个实验的一般特点和假定的能力，以及它的各种优势和互补性，相对于现有的LHC实验和建议，如SHiP和MATHUSLA。对于两个动机良好的超越标准模型的基准场景-希格斯衰变为暗光子和$B$介子衰变通过希格斯混合门户-达到补充或超过其他LHC实验的预测。
2018-05-04 hep-ex hep-ph
Probing short-lived fluctuations in hadrons and nuclei
基于对量子演化中涨落的分析，我们建立了高能区偶极-原子核（即稀-密）和偶极-偶极（稀-稀）散射的图像。我们强调在这两个过程中分别探测的波动的性质的差异，有趣的是，这导致可观察到的差异，在散射振幅配置文件。
2014-11-12 hep-ph
Long-lived Sterile Neutrinos at the LHC in Effective Field Theory
本文在中微子扩展的标准模型有效场论（$ν$ SMEFT）框架下研究了在大型强子对撞机（LHC）上进行无菌中微子置换顶点搜索的前景。无菌中微子的产生和衰变可以通过弱流中的标准活性-无菌中微子混合进行，也可以通过去耦新物理产生的高维算子进行。如果无菌中微子是长寿命的，它们的衰变可以导致可以重建的位移顶点。我们研究了ATLAS/CMS探测器的搜索灵敏度，未来的远探测器实验：AL 3X，ANUBIS，CODEX-b，FASER，MATHUSLA和MoEDAL-MAPP，并在拟议的固定目标实验SHiP。我们研究的情况下，无菌中微子主要是通过罕见的魅力和底介子衰变通过最小的混合和/或尺寸六运营商的$ν$ SMEFT拉格朗日。我们进行模拟，以确定高光度LHC实验在探测EFT运营商的潜在影响，发现这些实验是非常有竞争力的其他搜索。
2021-02-03 hep-ph
Emerging Jets Displaced into the Future
我们研究了未来的长寿命粒子实验的潜力，以探测暗QCD模型，功能新兴射流。本分析的核心集中在横向探测器AL 3X，ANUBIS，CODEX-b和MATHUSLA，因为它们覆盖了最相关的参数空间，尽管也探索了高度向前的实验MAPP，FORMOSA和FASER。计算探测器的几何覆盖范围，并将其用于确定针对不同基准模型的集合测量的信号事件和运动学分布的数量。这是用来映射出新兴射流参数空间的发现潜力。虽然所有的实验都显示出一定的范围，但AL 3X，ANUBIS和MATHUSLA是最有希望探索暗QCD新兴喷流参数空间的实验。
2021-12-10 hep-ex hep-ph
Probing Minimal Flavor Violation with Long-Lived Stops and Light Gravitinos at Hadron Colliders
在最小味破坏（MFV）的框架下，我们讨论了轻引力子存在下超对称标量顶（停止）的衰变性质。由于较轻的终止子和最轻的中性伴子之间的质量差很小，并且光谱足够解耦，因此终止子可能是长寿命的，从而可以在强子对撞机上为MFV提供支持。对于类双星最轻的中性伴子，我们应用在伽马伽马加上缺失的横向能量通道（ATLAS为1 fb^-1，D 0为6.3 fb^-1）中搜索得到的边界，并给出ATLAS搜索的5 fb^-1投影。
2011-12-22 hep-ph
Probing High Reheating Temperature Scenarios at the LHC with Long-Lived Staus
我们调查的可能性探测高再热温度的情况下，在LHC，在超对称模型中，引力子是最轻的超对称粒子，和stau是次轻的超对称粒子。在这种情况下，大爆炸核合成和引力子丰度给出了严格的胶子质量上限。我们发现，如果再加热温度为\sim 10^8 GeV或更高，则在大部分参数空间中，在\sqrt{s} =7 TeV的积分亮度为O（1 fb^{-1}）的LHC上可以测试该方案。
2010-11-08 hep-ph
LHC experiments for long-lived particles of the dark sector
暗物质方案正在大型强子对撞机的通用实验中通过快速衰变状态进行测试。与此同时，新的专用探测器已被提议用于大型强子对撞机，以探测预测远离相互作用点衰变的长寿命粒子的暗物质门户理论：MoEDAL-MAPP，MoEDAL-MALL，FASER，SND@LHC，CODEX-b，MATHUSLA，AL 3X，ANUBIS，FACET，milliQan，FORMOSA。此外，SHiP束流收集实验计划与SPS束一起运行，以扩大对此类粒子的发现范围。探测器的设计和预期的物理灵敏度，这些实验的重点是解释的暗物质的性质的方案。
2021-12-20 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Displaced vertex signals of low temperature baryogenesis
该研究探究低温重子生成与LHC长寿命粒子信号的关联，提出含SM单态长寿命费米子的模型，预测位移顶点等信号，指出HL-LHC可探测且需远探测器补充研究。
2025-04-18 hep-ex hep-ph
Leveraging the ALICE/L3 cavern for long-lived exotics
运行5的HL-LHC时代（及以后）可能会提供新的机会，以寻找物理超越标准模型（BSM）在相互作用点2（IP 2）。特别是，利用现有的ALICE探测器和基础设施提供了一个机会，寻找位移衰变的标准模型以外的长寿命粒子（LLP）。虽然这一提议很可能被正在进行的ALICE物理目标所取代，但对其潜在的新物理范围的研究提供了与其他LLP提议的令人信服的比较。特别地，通过利用现有的L3磁体和ALICE时间投影室，全事件重建和粒子识别是可能的。对于几个动机良好的门户网站，达到竞争或超过MATHUSLA和SHiP的灵敏度，提供了约$100\, \text{fb}^{-1}$的总积分亮度可以提供给IP 2。
2018-10-08 hep-ex hep-ph
Looking forward to photon-coupled long-lived particles II: dark axion portal
本文重新评估了暗轴子门户下亚GeV长寿命粒子的现有与未来探测限制，通过引入多种暗部粒子质量范围、矢量介子衰变主导的LLP产生及FASERν2次级LLP产生机制，显著扩展了参数空间覆盖范围。
2023-05-17 hep-ph
Freeze-in and Freeze-out of Dark Matter with Charged Long-lived Partners
我们提出了一个新的框架，能够解决暗物质的问题，通过冻结和冻结机制，单独或一起，这取决于该地区的参数空间考虑。在暗物质动力学中，该模型的特点是热产生的相互作用，以及通过相关暗费米子伙伴的微弱衰变产生的相当大的贡献，最终冻结到合适的遗迹密度，适用于大范围的质量和耦合。除了费米子暗物质候选者，该模型引入了两个带电伙伴，一个费米子和另一个标量，它们通常具有延迟衰变，导致这种长寿粒子（LLP）在LHC等对撞机中的独特特征。我们的分析表明，在目前的情况下，LLP的衰变长度，可以探测到在大型强子对撞机实验是兼容的暗物质质量范围从几个GeV接近TeV，而不是要求keV-MeV的暗物质在简单的FIMP方案与LLP。此外，该模型提出了迄今为止尚未探索的有趣的可能性，在LLP搜索，如（i）LLP到LLP到SM级联衰变，这可以在LHC探测器内搜索和（ii）重中性粒子衰变在MATHUSLA与两个喷流和大的丢失能量。该模型的一个补充方面是存在一个重中微子促进I型跷跷板机制，而不干扰暗物质方面。
2020-03-28 hep-ph
Long-Lived Light Mediators from Higgs boson Decay at HL-LHC, FCC-hh and a Proposal of Dedicated LLP Detectors for FCC-hh
我们研究了SM希格斯玻色子玻色子衰变到标准模型粒子过程中长寿命介质粒子对的产生。我们计算预计的灵敏度，无论是模型独立和极小模型，使用μ介子光谱仪的CMS检测器在HL-LHC实验的ggF，VBF，和Vh生产模式的希格斯玻色子和各种衰变模式的介质粒子，随着专用探测器LLP搜索像CODEX-b和MATHUSLA。随后，我们研究了在100\，TeV对撞机实验中使用FCC-hh探测器对长寿命介质的改进，再次关注μ子光谱仪。我们提出了100\，TeV对撞机实验DELIGHT（\textbf{De} tector for \textbf{l} ong-1 \textbf{i} ved particles at high \textbf{gh} energy of 100\，\textbf{T} eV）专用LLP探测器的设计，并研究了它们的灵敏度.
2022-12-22 hep-ex hep-ph
Probing a light long-lived pseudo-scalar from Higgs decay via displaced taus at the LHC
研究LHC中Higgs衰变为轻长寿命CP奇标量加Z玻色子，以对齐2HDM为例，通过Monte Carlo模拟发现累积亮度300 fb^-1时信号可探测，建议开展实验搜索。
2025-03-03 hep-ph
Complementarity between Cosmic String Gravitational Waves and long-lived particle searches in a laboratory
Nanjing Normal University（南京师范大学）；Saha Institute of Nuclear Physics（萨哈核物理研究所）；University of Warsaw（华沙大学）；University of Southampton（南安普顿大学）
本文针对亚稳态长寿命粒子催化的早期物质主导时期，通过U(1)扩展暗区示例证明宇宙弦引力波探测与实验室长寿命粒子搜索的互补性，确定了对应实验的互补参数空间。
2025-11-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Probing long-lived doubly charged scalar in the Georgi-Machacek model at the LHC and in far detectors
本文研究在LHC和远探测器中探测Georgi-Machacek模型中长寿命双电荷标量的潜力，通过分析位移顶点等信号特征，结合LHC与远探测器搜索，预计可覆盖质量50至180 GeV下大部分参数空间。
2024-11-18 hep-ph
Heavy neutral fermions at the high-luminosity LHC
长寿命轻粒子（LLLP）出现在标准模型的许多扩展中。LLLP通常是由观测到的小中微子质量，暗物质或两者兼而有之。费米子LLLP的典型示例（a.k.a.重中性费米子（Heavy Neutral Fermions，HNF）是破坏超对称性的R宇称中的无菌中微子或最轻的中性伴子。高亮度LHC预计将提供高达3/ab的数据。在LHC的专门实验中对LLLP进行验证，可以以前所未有的灵敏度探测LLLP模型的参数空间。在这里，我们比较了几个最近的实验建议，FASER，CODEX-b和MATHUSLA，寻找HNF的前景，并讨论他们的相对优点。
2018-05-18 hep-ph
Probing Long-lived Particles at Higgs Factories
在CEPC和FCC-ee的Higgs-portal模型和neutral-naturness模型下，研究了来自奇异Higgs衰变的长寿命粒子（LLP）的位移顶点特征，这两种模型具有两个代表性的LLP质量范围，它们在衰变特征中表现出非常不同的行为。希格斯门模型包含一个非常轻的亚GeV标量玻色子，它来自附加在标准模型上的单重标量场。这样的轻标量LLP衰变成一对μ子或π子，由于亚GeV的质量，产生了准直μ子喷流或π子喷流的独特特征。另一方面，中性自然度模型，例如，折叠超对称性，预测质量$O(10)$ GeV的最轻的镜像胶球，由于相对较大的质量，产生具有较大横向碰撞参量的长衰变。利用这种独特的特性，以消除背景，我们估计的灵敏度搜索轻标量玻色子和镜像胶球在CEPC和FCC-ee。我们发现无论是补充或更强的覆盖范围相比，以前的结果在类似的上下文中。
2020-01-23 hep-ph
Long-lived Heavy Neutrinos from Higgs Decays
在规范$B-L$模型中研究了右手中微子通过标准模型希格斯玻色子的成对产生.质量为几十GeV的右手中微子通过跷跷板机制产生可行的轻中微子质量，自然会在LHC和拟议的轻子对撞机上表现出位移的顶点和独特的签名。右手中微子的产生速率取决于与$B-L$破缺有关的SM希格斯粒子和奇异希格斯粒子之间的混合，而它们的衰变长度则取决于活跃-惰性中微子的混合。我们专注于位移轻子的最终状态所产生的这样一个过程，并分析了LHC和建议的轻子对撞机在探测活跃的无菌中微子混合的灵敏度范围。我们表明，混合到μ子小到$V_{μN} \approx 10^{-7}$可以探测在大型强子对撞机与100 fb $^{-1}$和建议轻子对撞机与5000 fb $^{-1}$。LHC未来的高亮度运行和拟议中的MATHUSLA探测器可能会进一步提高这一范围的数量级。
2018-09-03 hep-ex hep-ph
Probing Heavy Neutrino Magnetic Moments at the LHC using Long-Lived Particle Searches
本文提出利用LHC非指向光子的长寿命粒子搜索，探究惰性中微子的跃迁磁偶极矩，发现其对惰性-惰性偶极矩的探测灵敏度比LEP高两个数量级，对约700 GeV的活性-惰性偶极矩灵敏度极高，并结合轻子味破坏搜索可探测数TeV尺度新物理。
2024-08-28 hep-ph
Early Matter Domination at Colliders: Long Live the Glueball!
本文证明对撞机对长寿命粒子的搜寻可测试早期宇宙物质主导动力学，以GeV尺度暗区胶球为例计算了遗迹稀释，并指出多个对撞机实验能探测Higgs衰变产生的长寿命胶球，为测试更长寿命提供定量物理动机。
2025-02-03 astro-ph.CO hep-ph
Probing displaced top quark signature at the LHC Run 3
本研究针对LHC Run 3新物理搜寻，提出利用位移顶夸克信号探测新型长寿命粒子，设计三种超对称简化模型探究参数空间，给出有前景的基准与实验指导。
2023-03-29 hep-ph
The Single Photon Signature of a Light Long-lived Neutralino at Remote Detectors at the LHC
Bethe Center for Theoretical Physics & Physikalisches Institut der Universität Bonn（波恩大学贝特理论物理中心与物理学院）
本文研究了在R奇异性破坏超对称模型中轻长寿命中性子的现象学，重点分析了LHC上提出的远程探测器ANUBIS、CODEX-b、FACET、FASER、FASER2、MAPP、MAPP2和MATHUSLA的探测灵敏度，通过稀有标量介子衰变诱导的R奇异性破坏耦合在ATLAS或CMS相互作用点产生中性子，并研究了六个超对称R奇异性破坏基准场景，其中主要中性子衰变为γ+ν，确定了上述探测器的预期搜索灵敏度。
2026-05-20 hep-ex hep-ph
Probing dark sectors with long-lived particles at BELLE II
我们提出了一个新的搜索轻标量单态在罕见的介子衰变。对于微小的相互作用，标量在探测器尺度上是长寿的，并衰变为位移的轻子或轻介子对。我们发现，Belle II有一个显着的潜力，探测标量在GeV范围内的耦合小到$10^{-5}$。预测的灵敏度高于长基线实验FASER和NA62。我们还调查签名不可见的衰变标量在罕见的介子衰变与失踪的能量。
2020-06-01 hep-ex hep-ph
Probing Dark Matter Long-lived Mediators with Solar $γ$ rays
我们表明，太阳$γ$ -射线观测可以提供一个互补的探测暗物质的情况下，与标准模型的相互作用进行通过长寿命的介质。为了说明，我们考虑一个简化的模型，它提供了太阳$γ$射线通量观测与下一代$γ$射线望远镜，同时遵守现有的实验约束。我们的研究结果表明，太阳$γ$射线通量可以比来自银河系中心的大几个数量级，同时受到低背景的影响。
2017-10-11 astro-ph.HE hep-ph
Unravelling the left-right mixing using $0νββ$ decay and collider probes
在最小左右对称模型的背景下，我们研究了当前和未来的无中微子双β（$0νββ$）衰变实验，长寿命粒子搜索在大型强子对撞机的主要探测器ATLAS/CMS，和建议的远探测器MATHUSLA之间的相互作用。重的马约拉纳中微子可以与$W$玻色子衰变产生的非零左右混合的电子相关联，随后衰变为具有相同电荷和喷流的另一个电子。由于大的右手荷电规范玻色子$W_R$质量的抑制，重中微子可能是长寿命的。我们表明，长寿命粒子（LLP）搜索重马约拉纳中微子在同号双轻子通道在大型强子对撞机可以用来扩展$W_R$玻色子的质量范围相对于Keung-Senjanovic（KS）过程的范围。最后，我们表明，在高亮度LHC与主要探测器ATLAS/CMS的LLP搜索的灵敏度与未来的$0νββ$衰变搜索的竞争力。
2022-05-31 hep-ex hep-ph
Probing Long-Lived Photophobic Axion-Like Particles via Prompt Leptons and Mono-$γ$ at FCC-ee and CEPC
本文研究在FCC-ee和CEPC的Z极点运行中通过瞬发轻子和单光子末态探测厌光类轴子粒子，利用XGBoost分类器估计灵敏度，联合轻子道可探测能标$\Lambda$达10-700 TeV，单光子道对轻质量ALP可达2000 TeV。
2025-09-22 hep-ph
Evading Dark Matter Bounds through NLSP-Assisted Freeze-Out with Long-Lived Signatures
本研究提出NLSP辅助的转化驱动暗物质冻结机制，在$U(1)_{B-L}$模型中重现暗物质遗迹丰度，规避现有探测限制，分析长寿命NLSP的未来探测前景及BBN约束。
2025-06-12 hep-ph
Boosting long lived particles searches at $μ$TRISTAN
Università di Pisa（比萨大学）；INFN Section of Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
μTRISTAN实验通过高能μ⁺e⁻对撞模式提升长寿命粒子探测能力，特别针对希格斯玻色子衰变产生的LLPs，设定更严格的限制。
2026-02-23 hep-ex hep-ph
Light long-lived particles at the FCC-hh with the proposal for a dedicated forward detector FOREHUNT and a transverse detector DELIGHT
本文提出FCC-hh前向探测器FOREHUNT以探测B介子衰变产生的轻长寿命粒子，通过信号接受度计算和与MATHUSLA、CODEX-b、DELIGHT等横向探测器的灵敏度对比，证明其在LLP质量≲4.4 GeV且固有衰变长度<10 m时具有最优探测能力。
2024-09-05 hep-ex hep-ph
Probing a dilute short lived Quark Gluon Plasma medium with jets
我看看传播的射流，作为一个探针的介质中的现象学相关的情况下，一个短暂的稀释夸克-胶子等离子体（QGP）在重离子碰撞。工作在该制度中的介质的寿命的顺序或小于形成时间的充满活力的射流，我推导出一个因式分解公式与一个明显的分离尺度的说明性射流子结构观察使用开放量子系统有效场论（EFT）的方法在\cite{Vaidya:2020lih}，在介质结构功能和介质诱导射流功能。介质结构函数或“介质的PDF”描述了QGP的可观测的独立物理学，它与\cite{Vaidya:2021vxu}中考虑的稀释长寿命介质中的物理学保持一致，而介质诱导的射流函数被修改，并在产生射流的硬相互作用和随后的介质相互作用之间引入量子干涉。中喷流函数继续享受BFKL快度演化就像一个长寿命的介质，虽然修改后的重整化尺度，现在取决于介质的寿命。
2021-09-23 hep-ph nucl-th
Long-lived TeV-scale right-handed neutrino production at the LHC in gauged $U(1)_X$ model
标准模型的规范$U(1)_X$扩展是一个简单而一致的框架，自然地包含三个右手中微子（RHN），用于产生观察到的轻中微子质量和I型跷跷板机制的混合。我们研究碰撞机可测性的$U(1)_X$模型，无论是在其最小形式与传统的电荷，以及与一个替代的电荷分配，通过共振生产的$U(1)_X$规范玻色子（$Z^\prime$）和随后的衰变成一对RHN。我们首先从最新的LHC双轻子搜索中得到了新规范耦合$g_X$作为$Z'$ -玻色子质量的函数的更新上限。然后，我们确定的最大可能的截面为RHN对生产在这些限制。最后，我们调查的可能性有一个RHN长寿，即使是TeV级的质量。利用轻中微子质量矩阵的一般参数化方法再现了中微子振荡的观测数据，并进行了参数扫描，得到了最轻中微子质量本征值（$m_{\rm lightest}$）与RHN最大寿命的简单关系式.我们发现，对于$m_{\rm lightest}\lesssim 10^{-5}$ eV，在最小的$U(1)_X$的情况下的RHN之一可以是长寿命的位移顶点签名，可以在大型强子对撞机和/或专用的长寿命粒子探测器，如MATHUSLA搜索。换句话说，一旦观察到一个长寿命的RHN，我们就可以在这个模型中为最轻的中微子质量设定一个上限。
2019-06-10 hep-ex hep-ph
New Detectors to Explore the Lifetime Frontier
长寿命粒子（LLP）是许多超越标准模型理论的共同特征，包括超对称性，并且通常在奇异的希格斯衰变中产生。不幸的是，没有现有的或提出的搜索策略将能够观察到非强子电中性LLP的衰变，其质量高于$\sim$ GeV，寿命接近大爆炸核合成（BBN）设定的极限，$c τ\lesssim 10^7 - 10^8$ ~m。我们提出了MathusLA表面探测器概念（用于超稳定中性粒子的大规模计时速度计），该概念可以通过现有技术实现，并及时用于高亮度大型强子对撞机升级，以寻找此类超长寿命粒子（ULLP），无论是产生于奇异的希格斯衰变还是更一般的产生模式。我们还主张在未来的100 TeV对撞机上使用专用的LLP探测器，在那里，一个中等大小的地下设计可以发现ULLP，其寿命在BBN极限下，产生于次百分比水平的外来希格斯衰变。
2017-01-13 hep-ex hep-ph
Probing exotic long-lived particles from the prompt side using the CONTUR method
本文修改 CONTUR 工作流，利用 prompt 态的探测器修正测量，对极短或极长寿命区间的奇异长寿命粒子模型（如暗物质、hidden sector 等）设定了新约束，弥补了直接搜索的不足。
2024-12-18 hep-ex hep-ph
Probing compressed Higgsinos at the FASER experiment
University of Arizona（亚利桑那大学）；School of Science, Shenzhen Campus of Sun Yat-sen University（中山大学深圳校区理学院）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）；Center for Theoretical Physics, Henan Normal University（河南师范大学理论物理中心）；Department of Physics, University of Adelaide（阿德莱德大学物理系）
研究FASER实验探测压缩Higgsino谱的可能性，发现FASER 2能探测中性Higgsino质量至130 GeV，补充LHC和位移顶点搜索。
2025-12-30 hep-ph
Reheating the FCC: Probing Early Matter Domination with Long-Lived Particles
New York University Abu Dhabi（阿布扎比纽约大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Millennium Institute for Subatomic Physics at the High Energy Frontier (SAPHIR)（高能前沿亚原子物理千年研究所 (SAPHIR)）
研究 GeV 尺度希格斯门户标量 $\phi$，其能主导早期宇宙并衰变成标准模型态。通过考虑衰变宽度的有限温度抑制，将 FCC-hh LLP 灵敏度映射到平面，发现其位移搜索可探测 GeV 尺度转变温度至弱电尺度。
2026-07-24 hep-ex hep-ph
Probing conversion-driven freeze-out at the LHC
本文研究了LHC上转化驱动冻结机制中长寿命粒子衰变为暗物质的现象，系统评估了四类现有搜索的适用性与限制，并提出改进位移顶点搜索可显著提升探测灵敏度。
2024-09-02 hep-ph
