13 TeV下希格斯玻色子衰变与γγ/τ+τ-的暗物质搜索：最新限制与上限

本研究论文探讨了在13 TeV质心能量下的高能物理实验中，通过分析大型强子对撞机(CERN LHC)在2016年收集的质子-质子碰撞数据，对暗物质粒子与希格斯玻色子的关联进行了深入探究。研究焦点集中在希格斯玻色子衰变为γγ（光子对）或τ+τ-（τ子对）的事件上，这些衰变通常被视为暗物质存在的一种潜在迹象，因为它们可能导致未见的、超出标准模型预测的能量分布。 实验基于35.9 fb-1的综合光度，寻找那些具有显著的横向动量不平衡和反冲的信号，这是暗物质粒子可能产生的特征。然而，实验结果并未观测到超过标准模型背景的明显异常，这意味着没有发现暗物质粒子的直接证据。因此，论文提供了对两种简化模型（Z'-two-Higgs-doublet模型和重子Z'模型）中的生产截面和分支比乘积的95%置信水平上限。 在Z'-two-Higgs-doublet模型中，假设有一个质量为300 GeV的中间重伪标量粒子和一个质量为100 GeV的暗物质粒子，研究排除了Z'媒介玻色子质量在550 GeV到1265 GeV之间的部分范围。这表明在这个模型中，对于某些特定的Z'质量组合，暗物质的信号并未被观察到。 另一方面，在重子Z'模型中，当暗物质质量设定为1 GeV时，实验结果排除了Z'质量高达615 GeV的可能性。这进一步限制了理论模型中Z'粒子的存在条件。 此外，论文还报告了暗物质与核子的自旋无关相互作用截面与暗物质质量之间的关系，这是第一次针对希格斯玻色子衰变为τ+τ-过程的暗物质搜寻。这些结果对于理解暗物质的性质以及其在宇宙中的角色具有重要意义，尽管当前的数据尚不足以确认暗物质的存在。 这篇Open Access的研究论文为高能物理领域提供了一次重要的数据分析，加深了我们对希格斯玻色子与暗物质之间可能联系的理解，同时也为未来更精确的实验和理论模型提供了有价值的约束。