Unificar la física, acelerar el descubrimiento y las futuras fronteras

2 muones contra protones

El objetivo de este trabajo es pintar el caso de física de un colisionador de muones de alta energía con un pincel amplio, enfatizando el sentido en que tal colider se posiciona para responder las muchas preguntas planteadas o afiladas por el descubrimiento de los Higgs. Los amplios contornos de este caso son dibujados por la física de la aniquilación de muones y la fusión de bosones vectoriales, que en conjunto proporcionan tasas convincentes para el modelo estándar y los procesos del modelo más allá del estándar en una gama de energías. En relación con el trabajo reciente que destaca la importancia de la fusión del bosón vectorial, hemos enfatizado el valor de la aniquilación de muones como un modo de descubrimiento para una nueva física suficientemente distintiva. Para caracterizar la rica física del estado inicial, encuestamos las descripciones del contenido de bosón de calibre de electroweak digital de muones de alta energía que van desde la aproximación del vector efectivo hasta los PDF de electroweak. Como cuestión práctica, enfatizamos el sentido en el que el easy “PDF de registro liderado” es suficiente para capturar la mayor parte de la física cualitativa, y exploramos brevemente el impacto de las masas W y Z finitas en los PDF de electroweak.

Las implicaciones de un colider de muón para la materia oscura se ejemplifican por su cobertura de modelos de “materia oscura mínima”, en los que la partícula de materia oscura reside en un multiplete de electroweak cuyas interacciones con bosones de calibre SM pueden generar la abundancia observada. Destacamos dos clases de estrategias de búsqueda para estos multipletes, utilizando una masa faltante o una firma de pista que desaparece. Dependiendo de la luminosidad integrada, un colider de muón de alta energía que funciona a √s = 10 o 14 TEV puede descubrir representaciones de electroweak más pequeñas (como un doblete o triplete Su (2)) en sus objetivos térmicos, mientras que un colider que funciona a √s = 30 – 100 TEV puede cubrir los objetivos térmicos para que también sean representaciones de electro flote más altas.

Una gran cantidad de otros experimentos sondearán indirectamente a la física tan alta como la escala PEV en los años que preceden a las primeras vigas en un colider de muon de alta energía. Con este fin, hemos considerado la complementariedad entre un colider de muón y posibles señales de física nueva en momentos dipolares eléctricos, violación de sabor y ondas gravitacionales. De specific interés son las pruebas de precisión de violación de sabor a lepton cargada en procesos como µ → Eγ, µ → 3E, τ → 3µ y µ a E-E. Right here we now have explored the detailed attain of a muon collider for each oblique sources of lepton taste violation (similar to flavor-violating four-fermion operators) and direct sources (similar to flavor-violating slepton interactions within the MSSM), in each circumstances discovering that muon colliders beneath √ s ∼ 10 TeV present complementary sensitivity to experiments similar to Mu2e and Mu3e, whereas extra energetic Los colidores son capaces de sondear el espacio de los parámetros más allá del alcance de las propuestas futuras.

No hace falta decir que muchas de las proyecciones realizadas en este trabajo son ingenuas a la luz de las incertidumbres significativas y muchos desafíos no resueltos que enfrentan aceleradores y detectores. No obstante, esperamos que proporcionen una guía cualitativa sobre las energías y luminosidades que posicionarían a un futuro colider de muones como un sucesor integral del LHC, identificando una variedad de direcciones que merecen un estudio más cuidadoso. Más allá de caracterizar el alcance en los puntos de referencia convencionales para un futuro programa de colider, hemos identificado una serie de oportunidades únicas adecuadas para un colider de muones, incluidas las pruebas directas de ruptura de supersimetría de baja energía. Las preguntas clave sobresalientes incluyen el rendimiento y las perspectivas de las búsquedas que involucran energía faltante, que son fundamentales para la cobertura de la materia oscura, la transición de fase de electroweak y la ruptura de la supersimetría; la resolución de masa invariante en los estados finales del modelo estándar pesado, esenciales para aprovechar al máximo las abundantes oportunidades proporcionadas por la fusión de bosones vectoriales longitudinales; y la viabilidad de instrumentar completamente la región delantera, que dará forma al conjunto de observables disponibles y la composición de los procesos de señal.

Mucho queda delante de nosotros. Pero los muones están llamando, y debemos irnos.

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