Muon Colliders & Gravitational Waves: подтверждающие космологические открытия
17 июля 2025 г.Таблица ссылок
Аннотация и 1. Введение
2 мюоны против протонов
2.1 Мюон Аннигиляция
2.2 Векторное бозон слияние
2.3 Аннигиляция против VBF
2.4 Сигнал против фонового
3 мюонных коллайдеров - балотные бозонные коллайдеры
3.1 От эффективного векторного приближения к PDF
3.2 PDFS со сломанной электропроизводительной симметрией
3.3 Влияние бодрящих бревна
3.4 конечные массовые эффекты
4 физика
4.1 Electroweak Symmetry Breaking
4.2 Темная материя
4.3 естественность
5 взаимодополняемость
5.1 EDMS
5.2 аромат
5.3 Гравитационные волны
6 Резюме и будущих направлений
Благодарности
А. Упрощенные модели
A.1 Стандартная модель
A.2 Суперсимметрия
A.3 векторные кварки
А.4 Портал Хиггса
A.5 Скрытые долины
A.6, подобные аксионам частицы
Ссылки
5.3 Гравитационные волны
Центральное значение и возможности будущего коллайдера должны рассматриваться в контексте более широких экспериментальных усилий по физике частиц. Мы уже обсудили связи между возможными открытиями в экспериментах с точным ароматом и экспериментами по нарушению CP, прямым и косвенным обнаружению темной материи, а также поисками новых световых полей и темных сил. На космологическом фронте мы вступаем в эпоху, в которой можно найти драматические новые формы «ископаемых» доказательств для физики BSM, в рамках стохастических гравитационных волн (SGWB) [201, 202] и внутри первичных неагауссов в крупномасштабной структуре (LSS) и высокого красного смещения 21-CM 3D «Maps» [203]. В то время как открытия в любом из этих экспериментов, не относящихся к Коллидеру, будут впечатляющими, мощные новые коллайдеры обеспечат лабораторные условия «золотой стандарт» для подтверждения, соединения, расширения и анализа их полного значения.
Космологические фазовые переходы первого порядка, которые могут произойти из-за расширения SM или в темных секторах, могут быть мощными источниками SGWB, в то же время, возможно, обеспечивая неравновесные условия, необходимые для создания асимметрии веществ. Пиковая частота SGWB после красного смещения с момента производства в очень ранней вселенной дается
Если TPT является температурой сразу после фазового перехода, 1/β является по существу, его продолжительность, а HPT является скоростью расширения Хаббла в эту эпоху [204, 205]. Как правило, можно ожидать β ∼ O (10 - 100) HPT. К счастью, для TPT в диапазоне BSM -мотивированных, TEV - 100 TEV, мы можем ожидать SGWB примерно в диапазоне MHZ - Гц, доступный для предлагаемых гравитационных волновых детекторов, таких как LISA, BBO и Decigo. Если будет обнаружен SGWB из фазового перехода, было бы очень важно собрать информацию в его частотном спектре с помощью комплементарной микрофизики, доступной в экспериментах Collider в любой возможной степени. Вполне правдоподобно, эти элементы связаны с расширениями сектора SM Higgs. Высокоэнергетический Muon Collider обеспечивает баланс потенциала для исследования сектора Хиггса, чтобы создать очень массивные состояния BSM, связанные с фазовым переходом, и, учитывая его чистую среду, возможно, производить и диагностировать небольшое количество событий, возникающих в результате присутствия темного сектора в случае, если SGWB возник там.
Предстоящие точные LSS и 21-сантиметровые обследования дают потенциал для обнаружения производства и распространения тяжелых частиц во время инфляции, отпечатанных на негауссовом биспектре при отличительных нелокальных эффектах (неаналитические в совместном моменте). Эта область «физики космологических коллайдеров» чувствительна к массам частиц порядка по инфляционной шкале Хаббла или даже несколько выше [215, 216]. (Для самой недавней работы и ссылок см. [217]). Мы еще не знаем масштабы инфляции. Если новые частицы обнаруживаются в космологических ненгауссовых, они могут лежать намного выше досягаемости наземных коллайдеров, и в этом случае они дадут дополнительную информацию тому, что мы узнаем даже у мощного коллайдера. Но есть два сценария, в которых они могли бы дать нам (предварительно) представление о физике, доступной для коллайдеров: (i) Если инфляционная шкала Хаббла имеет порядок 100 TEV или меньше, то, очевидно, «физика космологических коллайдеров» может быть непосредственно в пределах досягаемости будущих наземных коллайдеров; (ii) Даже если масштаб инфляционного хаббла составляет порядки выше шкалы TEV, существует «тяжелый» механизм [218], посредством которого частицы, наблюдаемые в негауссовых, были даны инфляционные массы в результате сильных эффектов кривизны, но такие эффекты сегодня незначительны, так что частицы теперь могут находиться в пределах территории.
Авторы:
(1) Хинд Аль Али, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(2) Нима Аркани-Хамед, Школа естественных наук, Институт передового исследования, Принстон, Нью-Джерси, 08540, США;
(3) Ян Банта, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(4) Шон Бьюдес, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(5) Дарио Баттзаццо, Инфн, Сезионе Ди Пиза, Ларго Бруно Понтекорво 3, I-56127 Пиза, Италия;
(6) Tianji Cai, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(7) Джуни Ченг, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(8) Тимоти Коэн, Институт фундаментальной науки, Университет Орегона, Юджин, или 97403, США;
(9) Натаниэль Крейг, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(10) Маджид Эхтерачян, Мэрилендский центр фундаментальной физики, Университет Мэриленда, Колледж Парк, MD 20742, США;
(11) Фан Джиджи, факультет физики, Университет Брауна, Провиденс, RI 02912, США;
(12) Мэтью Форсланд, Институт теоретической физики С. Н. Ян, Университет Стони Брук, Стони Брук, Нью -Йорк, 11794, США;
(13) Изабель Гарсия Гарсия, Институт теоретической физики Кавли, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния, 93106, США;
(14) Сэмюэль Хомиллер, факультет физики, Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс, 02138, США;
(15) Сет Корен, факультет физики и Институт Энрико Ферми, Чикагский университет, Чикаго, IL 60637, США;
(16) Джакомо Кошеги, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(17) Чжэнь Лю, Центр фундаментальной физики штата Мэриленд, Университет Мэриленда, Колледж Парк, MD 20742, США и Школа физики и астрономии, Университет Миннесоты, Миннеаполис, MN 55455, США;
(18) Цяньшу Лу, факультет физики, Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс, 02138, США;
(19) Кун-Фенг Лю, Департамент физики, Гонконгский университет науки и технологии, залив Clear Water, Kowloon, Гонконг S.A.R., P.R.C;
(20) Alberto Mariotti, Theoretische Natuurkunde и Iihe/Elem, Vrije Universiteit Brussel и International Solvay Institutes, Pleinlaan 2, B-1050 Брюссель, Бельгия;
(21) Амара Маккун, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(22) Патрик Мид, Институт теоретической физики С. Н. Ян, Университет Стони Брук, Стони Брук, Нью -Йорк, 11794, США;
(23) Изобель Оджалво, Принстонский университет, Принстон, Нью -Джерси, 08540, США;
(24) Umut Oktem, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(25) Diego Redigolo, CERN, Теоретическая физика, Женева, Швейцария и Инфн Сезионе ди Фаренз, через G. Sansone 1, I-50019 Sesto Fiorentino, Италия;
(26) Мэтью Рис, кафедра физики, Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс, 02138, США;
(27) Филиппо Сала, LPTHE, CNRS & Sorbonne Universite, 4 Place Jussieu, F-75252 Paris, Франция
(28) Раман Сандрум, Центр фундаментальной физики Мэриленда, Университет Мэриленда, Колледж Парк, MD 20742, США;
(29) Дейв Сазерленд, Инфн Сезионе Ди Триесте, через Bonomea 265, 34136 Trieste, Италия;
(30) Андреа Теси, Инфн Сезионе Ди Френденз, через Г. Сансон 1, I-50019 Сесто Фиорентино, Италия и Департамент физики и астрономии, Университет Флоренции, Италия;
(31) Тимоти Тротт, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США;
(32) Крис Талли, Принстонский университет, Принстон, Нью -Джерси, 08540, США;
(33) Лиан-Тао Ван, факультет физики и Института физики и Энрико Ферми, Чикагский университет, Чикаго, IL 60637, США;
(34) Менханг Ван, факультет физики, Калифорнийский университет, Санта -Барбара, Калифорния 93106, США.
Эта статья есть
Оригинал