长寿命标量触发的电弱相变与LHC搜索
Electroweak phase transition triggered by a long-lived scalar and LHC searches
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中文总结 AI 辅助
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。
中文摘要 AI 辅助
我们研究了一个长寿命标量 $S$，它在标准模型（SM）的单态标量扩展中触发强一级电弱相变（SFOEWPT）。$S$ 与类SM希格斯玻色子 $h$ 之间足够小的混合角自然导致 $S$ 具有长寿命。我们关注质量范围 $m_S>m_h/2$，在此范围内LHC上的主要产生道是通过离壳 $h$ 的希格斯介导过程 $gg\to h^*\to SS$。通过分析有限温度有效势，我们确定了实现SFOEWPT的参数空间，并计算了相关的引力波谱，发现部分参数空间可被LISA探测。我们进一步利用ATLAS探测器和拟议的远探测器（包括ANUBIS、CODEX-b、FACET、FASER2、MoEDAL-MAPP1和MAPP2以及MATHUSLA）研究了LHC对长寿命 $S$ 的灵敏度。主探测器和远探测器（特别是ANUBIS和MATHUSLA）的联合灵敏度使得在 $10^{-10}\leq \sin\theta\leq 10^{-5}$ 且 $m_S$ 高达 $250~\mathrm{GeV}$ 的范围内，大部分SFOEWPT参数空间可被探测。然而，对于 $\sin\theta\leq 10^{-11}$，SFOEWPT参数空间对主探测器和远探测器搜索均不可及。
英文摘要
We investigate a long-lived scalar $S$ that triggers a strongly first-order electroweak phase transition (SFOEWPT) in the singlet scalar extension of standard model (SM). A sufficient small mixing angle between $S$ and the SM-like Higgs boson $h$ naturally leads to a long lifetime for $S$. We focus on the mass range $m_S>m_h/2$, where the dominant production channel at the LHC is the Higgs-mediated process $gg\to h^*\to SS$ with an off-shell $h$. By analyzing the finite-temperature effective potential, we identify the parameter space realizing an SFOEWPT and calculate the associated gravitational-wave spectra, finding that part of the parameter space can be probed by LISA. We further study the LHC sensitivity to the long-lived $S$ using the ATLAS detector and proposed far detectors, including ANUBIS, CODEX-b, FACET, FASER2, MoEDAL-MAPP1 and MAPP2, and MATHUSLA. The combined sensitivity of the main detector and far detectors, particularly ANUBIS and MATHUSLA, allows a large fraction of the SFOEWPT parameter space to be probed for $10^{-10}\leq \sinθ\leq 10^{-5}$, with $m_S$ up to $250~\mathrm{GeV}$. For $\sinθ\leq 10^{-11}$, however, the SFOEWPT parameter space becomes inaccessible to both the main detector and the far-detector searches.
发表机构
- Yantai University（烟台大学）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
