Exclusive displaced hadronic signatures in the LHC forward region
Exclusive displaced hadronic signatures in the LHC forward region
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大型强子对撞机前部区域独有的位移强子特征
DOI：
10.1007/jhep01(2020)115
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发表时间：
2020
影响因子：
5.4
通讯作者：
Zurita, Jose
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Vidal, Xabier Cid;Tsai, Yuhsin;Zurita, Jose
LHCb探测器提供了精确的顶点重建和强子粒子识别，使实验成为寻找衰变成标准模型强子的轻长寿命粒子（LLP）的理想场所。与依靠高能射流和LLP衰变的高多重轨迹的典型搜索策略相比，LHCb可以识别出处于排他的特定强子最终态的LLP。为了说明这一想法，我们研究了LHCb对奇异希格斯衰变h→SS的敏感性，随后是gev尺度标量向带电介子S→K+ K−的位移衰变。我们证明了在窄不变质量窗口中重构k介子顶点可以有效地消除b介子衰变的组合背景。虽然在现有的ATLAS/CMS的位移射流搜索中很难探测到相同的信号，但我们提出的LHCb搜索可以探测到分支比BR （h→SS）降至0。1%(0。02%)水平，15 (300)fb−1的数据。我们还将这一预测束缚应用于希格斯门户耦合的两种情况，其中标量介质S要么只与SM夸克耦合，要么在最小味违背范式中与夸克和轻子同时耦合。在这两种情况下，我们将我们提出的搜索范围与ATLAS和CMS对不可见希格斯宽度的预期约束以及大型强子对撞机罕见b衰变研究的约束进行了比较。我们发现对于1 GeV< m S< 2 GeV和0。我们提出的搜索将与ATLAS和CMS预测相竞争，同时提供S的强子相互作用的关键信息，这些信息无法从希格斯不可见宽度的间接测量中获得。
The LHCb detector provides accurate vertex reconstruction and hadronic particle identification, which make the experiment an ideal place to look for light long-lived particles (LLP) decaying into Standard Model (SM) hadrons. In contrast with the typical search strategy relying on energetic jets and a high multiplicity of tracks from the LLP decay, LHCb can identify LLPs in exclusive, specific hadronic final states. To illustrate the idea, we study the sensitivity of LHCb to an exotic Higgs decay h→ SS, followed by the displaced decay of GeV-scale scalars into charged kaons S→ K+ K−. We show that the reconstruction of kaon vertices in narrow invariant mass windows can efficiently eliminate the combinatorial backgrounds from B-meson decays. While the same signal is extremely difficult to probe in the existing displaced jet searches at ATLAS/CMS, the LHCb search we propose can probe the branching ratio BR (h→ SS) down to 0. 1%(0. 02%) level with 15 (300) fb− 1 of data. We also apply this projected bound to two scenarios with Higgs portal couplings, where the scalar mediator S either couples to a) the SM quarks only, or b) to both quarks and leptons in the minimal flavor violation paradigm. In both scenarios we compare the reach of our proposed search with the expected constraints from ATLAS and CMS on the invisible Higgs width and with the constraints from rare B-decays studies at LHCb. We find that for 1 GeV< m S< 2 GeV and 0. 5 mm≲ cτ≲ 10 mm our proposed search will be competitive with the ATLAS and CMS projections, while at the same time providing crucial information of the hadronic interactions of S, which can not be obtained from the indirect measurement of the Higgs invisible width.
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