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28 October 2026 to 1 November 2026
湖北省武汉市 (Wuhan, Hubei)
Asia/Shanghai timezone

Scotogenic 模型在 LHC 与 HL-LHC 上的长寿命粒子信号:软位移轻子、时间辅助的消失径迹与延迟位移顶点

31 Oct 2026, 15:00
15m
茉莉厅

茉莉厅

Speaker

王任杰

Description

"Scotogenic 模型在单圈水平上辐射产生中微子质量,并提供由 Z₂ 对称性保证稳定的暗物质候选粒子。该框架特有的小 Yukawa 耦合和小质量劈裂,使次轻的 Z₂ 奇态粒子自然成为长寿命粒子,其信号大多落在现有 LHC 搜寻的接受度之外。本报告介绍三种互补的搜寻策略,分别针对 scotogenic 质谱的不同区域。

(i) 在压缩质谱区(ΔM = m(η±) − m(N₁) ≈ 8–20 GeV),带电惰性标量衰变为单个软的位移轻子。专门设计的信号区要求轻子 pT > 5 GeV、|d₀| ∈ [5, 300] mm、b 喷注否决、横向丢失动量大于 200 GeV。在 Run 3 的 300 fb⁻¹ 数据下,估计的标准模型本底为 66 ± 24 个事例。九个基准点中有八个超过预期的 95% 置信水平排除阈值,即 cτ = 10–300 mm、m(η±) = 150–500 GeV 的全部基准点 [Phys. Lett. B 880 (2026) 140830]。

(ii) 在超压缩质谱区(ΔM ≈ 2 GeV),以 HL-LHC 精密时间探测器约 30 ps 的时间分辨作为第四个观测量。将低横动量的消失径迹短段(stub)与延迟的时间击中(Δt > 200 ps)相匹配,信号效率为 12–36%。4.20 × 10⁶ 个模拟的瞬发标准模型事例中无一通过选择。在 3000 fb⁻¹ 下,对 cτ ~ 100–1000 mm,保守的 95% 置信水平预期排除可达 m(η±) ≈ 670 GeV [Eur. Phys. J. C 86 (2026) 1062]。

(iii) 在非压缩质谱(m(N₂) − m(N₁) ≈ 50 GeV)的双惰性二重态扩展模型中,中性费米子 N₂ 是长寿命粒子。一个硬的瞬发触发轻子,加上满足 Δt > 200 ps 的延迟位移双轻子顶点,可去除探测器物质中的光子转换本底。在理想化探测器假设下,HL-LHC 对 m(N₂) = 120–300 GeV、cτ(N₂) ≈ 10–3000 mm 的大部分区间具有 5σ 发现灵敏度 [Phys. Lett. B 880 (2026) 140818]。

这些唯象研究表明,精密时间测量为检验辐射中微子质量模型打开了新的窗口。报告中也将讨论实验实现所需的探测器层面研究。"

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