Snowmass White Paper: New flavors and rich structures in dark sectors
暗物质可以是与标准模型具有非最小耦合的暗扇区的一部分。与许多（最小）基准模型相比，这种情况可能会导致实验签名的显着修改，并强烈影响实验搜索灵敏度。在这篇白皮书中，我们回顾了几个非最小暗扇区模型，包括现象学后果：解释$(g-2)_μ$，非弹性暗物质，强相互作用的大质量粒子作为暗物质候选者的模型，以及具有美味耦合的轴子。目前的排除和预测的实验灵敏度对这些例子暗区模型说明了不断增长的暗区实验努力的鲁棒性-现有搜索的广度和精度-探测理论上有趣的参数空间。它们还说明了不同实验方法的一些独特的互补性。
2022-07-18 hep-ex hep-ph
BSM scenarios with missing energy at future lepton colliders
我将简要地讨论几个新的物理模型的签名和发现前景含有暗物质候选人在未来的轻子对撞机。特别是，我将讨论两个模型，在其他签名中，导致电弱规范玻色子和丢失的能量：惰性双重模型，以及THDMa，一个带有额外赝标量的两个希格斯双重模型，作为通往暗区的门户。结果主要基于Snowmass白皮书arXiv：2203.07913
2022-11-17 hep-ph
Snowmass2021 - White Paper, Implications of Energy Peak for Collider Phenomenology: Top Quark Mass Determination and Beyond
我们首先回顾十年之久，广泛的对撞机物理研究计划被称为能量峰。在实验室坐标系中，我们考虑了由重粒子非极化产生的两体衰变产生的无质量粒子的能量分布，其升压分布是任意的。值得注意的是，这个子粒子的能量分布的峰值位置与它在父粒子的静止坐标系中的单值能量相同，这是父粒子质量和另一个衰变产物质量的函数。我们总结了其他类型的衰变和各种应用BSM的推广。能量峰的想法也可以通过底夸克衰变产生的能量来测量顶夸克，基于“父增强不变性”，这对顶夸克产生机制的细节不太敏感（参见~）。大多数其他方法假设顶夸克的纯粹SM产生，因此受到其中的不确定性的影响，包括可能的BSM贡献）。沿着这条路线的最初建议是简单地使用$b$喷流能量作为底夸克能量的一个非常好的近似。该方法已在CMS协作中成功实现。然而，$b$ -喷流能量峰值方法受到喷流能量标度（JES）不确定性的影响。幸运的是，这个缺点可以通过使用包含在$b$ -喷流中的$B$ -强子的衰变长度作为底夸克能量的替代来规避。一个有趣的建议是，然后适当地衔接上述两个想法，导致顶夸克质量的“两全其美”的确定，即，基于对$B$ -强子衰变长度的测量，但通过能量峰概念进行了改进：这将不受JES不确定性的影响，并且在很大程度上独立于顶夸克产生模型。我们在这里总结这样的分析结果，这是出现在即将举行的文件。
2022-04-06 hep-ex hep-ph
Scalar-mediated dark matter model at colliders and gravitational wave detectors -- A White paper for Snowmass 2021
弱相互作用大质量粒子（WIMP）是近几十年来最受欢迎的粒子暗物质候选者，人们已经知道可以通过直接、间接和对撞机实验对WIMP进行探测。然而，在一些标量介导的DM模型中，直接和间接信号被高度抑制，例如具有马约拉纳DM候选者的轻子门户模型。因此，对撞机搜索被认为是探测这些模型的唯一希望。在这篇白皮书中，我们提出，引力波（GW）天文学也可以作为一个强大的工具，通过潜在的一阶相变GW信号探测标量介导的WIMP模型。一个例子的轻子门户暗物质，显示对撞机和GW探针之间的互补性。
2022-03-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Expected Sensitivity to Invisible Higgs Boson Decays at the ILC with the SiD Detector (A Snowmass White Paper)
在粒子物理学的标准模型（SM）中，希格斯玻色子衰变到对撞机探测器不可见的终态$H \rightarrow ZZ^{\star} \rightarrow ν\barν ν\barν$的分支比约为0.10%。在超越SM（BSM）的理论中，这种分支比可以通过衰变到暗物质（DM）等未被发现的粒子来增强。在大型强子对撞机（LHC）上，目前不可见希格斯玻色子衰变分支比的最佳上限是11%，置信水平为95%。我们研究了国际直线对撞机（ILC）上硅探测器（SiD）对不可见希格斯衰变的预期灵敏度。我们的结论是，在$\sqrt{s}=250$ GeV与900 fb $^{-1}$积分亮度分别为$e_{L}^-e_{R}^+$和$e_{R}^-e_{L}^+$在标称光束偏振分数，预期上限为0.16%，95%的置信水平。
2022-03-28 hep-ph
Report of the Topical Group on Electroweak Precision Physics and Constraining New Physics for Snowmass 2021
在标准模型（SM）中精确测量物理学可观测量并检验它们的一致性是确定标准模型（BSM）之外物理学是否存在的一种宝贵的方法，辅之以直接寻找新粒子。由于光子和胶子的相互作用受到不破缺的规范对称性的强烈约束，对大质量电弱规范玻色子（W玻色子和Z玻色子）的研究是间接BSM搜索的一个有希望的目标。它们可以分为两类：（a）由s或t通道W/Z玻色子介导的费米子散射过程，也称为电弱精密测量;和（b）多玻色子过程，包括在费米子-反费米子湮灭中产生两个或多个矢量玻色子，以及矢量玻色子散射（VBS）过程。后一类可以测试规范玻色子自相互作用的修改，并且灵敏度通常随着碰撞能量的增加而提高。本报告评估了一系列未来实验的可实现精度，这些实验取决于所收集数据样本的统计数据、实验和理论系统不确定性及其相关性。此外，它提出了一个综合的解释这些结果，在标准模型有效场论（SMEFT）的框架，在希格斯和顶扇区的类似研究。这个框架提供了一个独立于模型的处方，把新的物理学的通用约束，并研究和结合大量的实验观测，假设新的物理尺度显着高于EW规模。
2022-11-28 hep-ex hep-ph
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的，意想不到的集体现象，当一个给定系统中的状态数量很大时，可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中，我们描述了13种意想不到的集体现象，这些现象可能在暗区包含大量状态时出现，与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域，包括对撞机签名，直接检测签名，间接检测签名，暗物质互补性的新观点，甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象，超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此，这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明，在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时，需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Snowmass 2021 White Paper: Cosmogenic Dark Matter and Exotic Particle Searches in Neutrino Experiments
来自外太空的信号及其探测在粒子物理学，特别是在发现和探索标准模型（BSM）之外的物理学中起着重要的作用，除了暗物质（DM）的证据之外，例如，由暗物质湮灭产生的中微子对于间接DM的探索也是重要的。此外，在过去的十年中，提出了一系列新的，动机良好的物理模型和暗区方案，预测宇宙起源信号与传统的直接探测粒子状暗物质的信号互补。最值得注意的是，在目前的宇宙中产生（半）相对论性DM粒子（例如，助推暗物质）的各种机制已经提出，同时符合当前对DM的观测和实验限制。由此产生的信号通常强度较低，能量更高，地下的千吨级中微子探测器可以很容易地对其敏感。此外，如果暗扇区模型允许初始态和最终态粒子之间存在较大的质量差，那么缓慢移动的DM的散射可以产生相当大的能量沉积，而使用大体积探测器的中微子实验非常适合探索这些机会。本白皮书致力于讨论宇宙起源暗物质和奇异粒子搜索的科学重要性，不仅概述了理论界和实验界最近的努力，还提供了该研究分支的未来观点和方向。本文讨论了中微子探测器中使用的技术及其互补性，并概述了当前和发展中的分析策略。
2022-09-15 hep-ex hep-ph
Report of the Topical Group on Higgs Physics for Snowmass 2021: The Case for Precision Higgs Physics
未来的希格斯工厂将提供比大型强子对撞机更高的希格斯耦合测量精度，并将使基础物理学领域的广泛研究成为可能，包括电弱对称性破缺的机制，质量的起源和基本粒子的混合，物质对反物质的优势，以及暗物质的性质。未来的对撞机将测量希格斯耦合到百分之几，在1-10 TeV的范围内提供一个超越标准模型（BSM）物理学的窗口。此外，他们还将精确测量希格斯粒子的宽度，并描述希格斯粒子的自耦合。本报告详细介绍了EF 01和EF 02工作组在Snowmass 2021研究中的工作。
2022-12-21 hep-ex hep-ph hep-th
Dirt/Detector/Dump: Complementary BSM production at Short-Baseline Neutrino Facilities
本文研究短基线中微子设施中束流dump产生重中性轻子的互补搜索，发现dump、泥土和探测器产生的事件具有不同运动学特征，可增强信号-背景分离，并补充研究MiniBooNE低能过剩相关参数空间。
2025-07-10 hep-ex hep-ph
Rare decays of b and c hadrons
在这篇关于Snowmass过程的白皮书中，我们回顾了b和c强子稀有衰变领域的现状和前景。稀有衰变在寻找标准模型之外的物理学中所起的作用也被强调了。我们强调一系列相关进程的互补性，并概述了最有希望的方向。Belle II，BES III，ATLAS，CMS，LHCb和未来机器的实验机会进行了讨论。我们还总结了需要解决的理论方面的挑战，以实现罕见的衰变，符合预期的实验灵敏度的理论不确定性。
2022-07-10 hep-ex hep-ph
Report of the Topical Group on Physics Beyond the Standard Model at Energy Frontier for Snowmass 2021
这是Snowmass2021能源前沿（EF）超越标准模型（BSM）报告。它结合了EF 08（模型特定探索），EF 09（更一般的探索）和EF 10（对撞机上的暗物质）的专题组报告。该报告包括对BSM动机的一般性介绍，以及对广泛的潜在BSM模型和签名的拟议未来实验的比较前景，包括复合性，超对称性，leptoquark，更一般的新玻色子和费米子，长寿命粒子，暗物质，带电轻子味违反和异常检测。
2022-10-18 hep-ex hep-ph
Complementarity of gravitational wave analyses and di-Higgs production in the exploration of the Electroweak Phase Transition dynamics in the RxSM
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Instituto de Física Teórica (UAM/CSIC)（理论物理研究所）；Center for Theoretical Physics of the Universe, Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院宇宙理论物理中心）
研究 RxSM 中弱电相变动力学，通过引力波分析与双希格斯玻色子产生过程搜索的互补方法，考虑单圈修正，发现不同相变方式有不同现象学信号，强调互补实验对确定相变动力学及希格斯势形状的重要性。
2026-07-09 hep-ph
Snowmass White Paper: Precision Studies of Spacetime Symmetries and Gravitational Physics
高能物理学主要关注的是揭示在基本层面上支配自然的定律和原理。这一领域的研究通常依赖于探索现有物理学的边界，这一任务通常与极端的能量和距离尺度有关。因此，这是不足为奇的粒子物理学传统上一直占主导地位的大规模实验方法，往往涉及高能量，如对撞机和储存环，宇宙学和天体物理观测，大容量探测器系统等，然而，在较小的实验中，高灵敏度的测量，往往在较低的能量，目前正在经历一个激增的重要性粒子物理至少有两个原因。首先，他们利用协同效应，以邻近领域的物理与最新进展的实验技术和技术。随着现象学探索的加强，这些进展使人们认识到，与弱耦合或新物理学的预期抑制因子相关的挑战可以通过这些方法克服，同时保持很大程度的实验控制。第二，相对于上述一套更传统的方法，这些测量方法中的许多方法拓宽了粒子物理现象和可观测量的范围。因此，将这些测量与上述传统努力相结合，可以为源自标准模型（BSM）之外的物理学的可能影响提供更广泛和更紧密的网络。本文认为，这一评估指出，这些方法和测量对高能物理的影响越来越大，因此需要直接支持粒子物理研究。利用最近与高能物理学研究相关的快速进展和光明前景，可能会产生高回报，但需要资助机构做出大量和持续的努力。
2022-04-15 gr-qc hep-ex hep-ph
Diagnosing Unmodeled Neutrino Physics via DUNE and T2HK Complementarity
State Key Laboratory of Dark Matter Physics, Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Key Laboratory for Particle Astrophysics and Cosmology (MOE) & Shanghai Key Laboratory for Particle Physics and Cosmology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
利用DUNE和T2HK实验的基线互补性，研究未建模的中微子物理对参数退化的影响，揭示中微子振荡参数的系统性扭曲。
2026-07-15 hep-ph hep-th
The Interplay of Machine Learning--based Resonant Anomaly Detection Methods
本研究利用LHC奥运会数据集，首次定量探讨了基于机器学习的共振异常检测方法间的互补性与相关性，发现结合多种方法可显著降低误报率并提升搜索灵敏度。
2024-03-14 hep-ex hep-ph physics.data-an
Probing chiral and flavored $Z^\prime$ from cosmic bursts through neutrino interactions
针对中微子质量起源谜题，基于含三代马约拉纳右手征中微子的SM U(1)规范扩展框架，通过宇宙爆发中的中微子相互作用及IceCube数据等，探测手征和味Z'玻色子并限制其耦合与质量，还与其他实验限制比较。
2024-11-27 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
