Produção de matéria escura e neutrino em modelos de mediador vetorial com massas na região GeV e sub-GeV para DUNE-PRISM

Resumo

Entre todas as possibilidades para além da física do Modelo Padrão (MP), os candidatos de matéria escura com massas na escala sub-GeV estão ganhando atenção significativa recentemente. Em muitos desses modelos, tais candidatos se acoplam com um novo grupo de gauge U(1) e sua interação com o MP é mediada por um novo bóson vetorial. Uma alternativa promissora de provar esses modelos é através de experimentos beam-dump, onde a matéria escura é produzida na colisão de um próton em um alvo e viaja para um detector próximo, interagindo com núcleos ou elétrons. Até agora, presume-se que a matéria escura seja produzida por meio de bremsstrahlung e pelo decaimento de mésons pseudo-escalares. No entanto, pode existir modos de produção adicionais de radiação de estado inicial e final, assim como através do processo de hadronização de quarks. O impacto desses modos adicionais ainda não está claro e pode diferir amplamente dependendo da direção frontal e transversal da matéria escura em relação à linha de feixe. De ambas as formas, seria benéfico para o detector móvel de Dune-Prism, a fim de colocar limites mais fortes em modelos com mediadores vetoriais acoplando com matéria escura. Tendo em foco os dark photons, gostaríamos de estender a cobertura dos modelos que podem ser provados pelo Dune-Prism. Além de exemplos proeminentes como modelos U(1) _X, podemos também, em princípio, estudar modelos de mediadores vetoriais com acoplamentos arbitrários a quarks. O objetivo do projeto BEPE é obter uma compreensão mais ampla e profunda do potencial do Dune-Prism para explorar modelos de mediadores vetoriais que possuam acoplamentos com matéria escura com massas sub-GeV. (AU)