Muon Colliders: беспрецедентные зонды для ароматизации новой физики
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
5.2 аромат
Одна из самых больших загадков в SM - это рисунок масс и смешивания фермиона. Оба сектора Quark и Lepton имеют значительные массовые иерархии, тогда как матрицы смешивания принимают совершенно другую форму в двух секторах. Мы ожидаем, что при высоких энергиях, где установлена вкуса SM, могут быть гораздо большие показатели процессов, изменяющих вкус, чем предсказывает SM. Это сильная мотивация для поиска ароматизационных процессов в высокоэнергетических коллайдерах.
5.2.1.
На рис. 22 эти результаты сравниваются с ограничениями на аналогичном операторе с 4 фармионами в распаде µ → 3E с различными ANSATZ в отношении нарушения вкуса. The diagonal lines show the expected relationship between the two Wilson coefficients assuming (i) flavor anarchy (all coefficients ∼ 1), (ii) Minimal Leptonic Flavor Violation (MLFV) [192], (iii) the Wilson coefficients scale like the square root of the Yukawa couplings of the leptons involved in the flavor violation, and (iv) the Wilson coefficients scale like the product из тех же муфт юкавы. [15]
В то время как распад мюон устанавливает самые сильные ограничения, предполагающие анархические коэффициенты, мы видим, что 14-м муоновый коллайдер может установить границу, сравнимую с текущим пределом синдрума в случае MLFV, и будет сравнимо с чувствительностью к стадии I MU3E, если коэффициенты масштабируют квадратный корень юкава. В крайнем случае, когда коэффициенты Уилсона ведут себя как продукт двух юкавы, даже 3 -то коллайдер Tev Muon обеспечит связанный дополнительный к конечной чувствительности MU3E, причем более высокие энергетические машины улучшают эту границу по порядку.
В дополнение к рассматриваемым здесь операторам τ3µ, мы ожидаем примерно сходной чувствительности к процессу µ +µ - → µ ± e ∓, а также к таким процессам, как µ +µ - → τ ± e ∓, которые нарушают вкус лептона двумя единицами. В целом, мы видим, что Muon Collider будет способен непосредственно исследовать ароматизационные взаимодействия, которые вполне дополняют будущие точные ограничения.
5.2.2 Прямые исследования нарушения лептона в MSSM
Заряженное нарушение аромата лептона в MSSM возникает в результате мягких терминов в матрице Слптона, имеющих недиагональные записи в том основании, когда SM Lepton Yukawas диагональ. В этом случае физические спали будут смеси различных ароматов, и их взаимодействие с лептонами и нейтральными/чаргиносами будут вкусовыми. Эти ароматы, нарушающие взаимодействия, приводят к таким процессам, как редкие затухание Muon или преобразование в Muon-Electron на уровне цикла, и, таким образом, эксперименты с низкой энергией могут косвенно исследовать эти взаимодействия с чувствительностью, выходящими за пределы шкалы TEV, в зависимости от вкуса
Структура теории [179,193]. Высокоэнергетический Muon Collider, с другой стороны, не только способен производить суперпарчиков в высоких массах, но также обеспечит прямые измерения нарушающих процессов, которые будут дополнять эти датчики с низкой энергией и обеспечить подробное представление о механизме нарушения суперсимметрии.
5.2.2.В качестве первого эталонного сценария мы рассмотрим ситуацию, когда селектрон и Smuon почти вырождаются в массе. Эта ситуация хорошо мотивирована из сценариев разрыва суперсимметрии, опосредованных калибрами, а также приводит к сильному подавлению нарушения лептона по ароматизации с помощью «супер-гимна», позволяя суперпардерам быть относительно легкими. Такой сценарий был ранее изучен в контексте столкновений e +e - в ссылке. [194], но для относительно легких суперпартников. Высокоэнергетический Muon Collider позволит аналогичные тесты с значительно более впечатляющим массовым охватом.
В пределах небольшого массового расщепления параметр, регулирующий количество нарушения вкуса, определяется
Основным фоном для этих ароматизационных процессов в коллайдере лептона является производство различных финальных состояний аромата и отсутствующей энергии посредством промежуточных бозонов W. Общее поперечное сечение для этого фона, включая коэффициенты ветвления, составляет 52 FB в коллайдере 6 TEV (15/0,6 FB на машине TEV 14/100), но кинематика этого процесса весьма отличается от интересующего сигнала Slepton-Pair. Более того, для под рукой сценариев, вполне под рукой, вполне вероятно, что соответствующие массы Слэптона и Нейтрало уже будут измерены по соответствующим процессам сохранения вкуса (подробности о том, как это можно сделать, см., Например, Refs. [199, 200]). С известными Слптонскими массами можно полностью реконструировать два окончательного состояния Нейтральный импульс, требуя, чтобы Neversitino и Lepton Somment удовлетворяли ограничению массовой оболочки Слптона, а также сохранению энергии и импульса. В целом, эти условия будут невозможно удовлетворить для фоновых явлений, и, действительно, мы обнаруживаем в симуляции, что только ∼ 1/500 фоновых явлений могут реконструировать импульсы Naturalino, одновременно удовлетворяя сохранению энергии, в то время как 98% событий сигнала успешно реконструируют импульс.
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
[15] Следует быть осторожным, что если используется ароматный ANSATZ, предполагаемая шкала из 100 границ TEV может быть достаточно низкой, что эффективное описание теории поля больше не является действительным.
Оригинал