Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Resonant probing spin-0 and spin-2 dark matter mediators with fixed target experiments

Published 27 Apr 2023 in hep-ph | (2304.14052v2)

Abstract: We discuss the mechanism to produce electron-specific dark matter mediators of spin-0 and spin-2 in the electron fixed target experiments such as NA64 and LDMX. The secondary positrons induced by the electromagnetic shower can produce the mediators via annihilation on atomic electrons. That mechanism, for some selected kinematics, results in the enhanced sensitivity with respect to the bounds derived by the bremsstrahlunglike emission of the mediator in the specific parameter space. We derive the corresponding experimental reach of the NA64 and LDMX.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (66)
  1. P. A. R. Ade et al. (Planck), Astron. Astrophys. 594, A13 (2016), arXiv:1502.01589 [astro-ph.CO] .
  2. N. Aghanim et al. (Planck), Astron. Astrophys. 641, A6 (2020), [Erratum: Astron.Astrophys. 652, C4 (2021)], arXiv:1807.06209 [astro-ph.CO] .
  3. L. Bergstrom, Annalen Phys. 524, 479 (2012), arXiv:1205.4882 [astro-ph.HE] .
  4. G. B. Gelmini, in Theoretical Advanced Study Institute in Elementary Particle Physics: Journeys Through the Precision Frontier: Amplitudes for Colliders (2015) pp. 559–616, arXiv:1502.01320 [hep-ph] .
  5. B. W. Lee and S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 39, 165 (1977).
  6. C. Boehm and P. Fayet, Nucl. Phys. B 683, 219 (2004), arXiv:hep-ph/0305261 .
  7. G. Krnjaic, Phys. Rev. D 94, 073009 (2016), arXiv:1512.04119 [hep-ph] .
  8. J. McDonald, Phys. Rev. D 50, 3637 (1994), arXiv:hep-ph/0702143 .
  9. J. D. Wells, Perspectives on LHC Physics , 283 (2008), arXiv:0803.1243 [hep-ph] .
  10. R. M. Schabinger and J. D. Wells, Phys. Rev. D 72, 093007 (2005), arXiv:hep-ph/0509209 .
  11. G. Bickendorf and M. Drees, Eur. Phys. J. C 82, 1163 (2022), arXiv:2206.05038 [hep-ph] .
  12. B. Holdom, Phys. Lett. B 166, 196 (1986).
  13. L. B. Okun, Sov. Phys. JETP 56, 502 (1982).
  14. D. Gorbunov and D. Kalashnikov, Phys. Rev. D 107, 015014 (2023), arXiv:2211.06270 [hep-ph] .
  15. Y.-J. Kang and H. M. Lee, The European Physical Journal C 80 (2020), 10.1140/epjc/s10052-020-8153-x, arXiv:2001.04868 .
  16. Y.-J. Kang and H. M. Lee, Eur. Phys. J. C 81, 868 (2021), arXiv:2002.12779 [hep-ph] .
  17. M. Dutra, PoS LeptonPhoton2019, 076 (2019), arXiv:1911.11844 [hep-ph] .
  18. A. de Giorgi and S. Vogl, JHEP 11, 036 (2021), arXiv:2105.06794 [hep-ph] .
  19. A. de Giorgi and S. Vogl, JHEP 04, 032 (2023), arXiv:2208.03153 [hep-ph] .
  20. K. Jodłowski,   (2023), arXiv:2305.05710 [hep-ph] .
  21. A. Jueid and S. Nasri,   (2023), arXiv:2301.12524 [hep-ph] .
  22. Y. Bai and J. Berger, JHEP 08, 153 (2014), arXiv:1402.6696 [hep-ph] .
  23. B. Shakya, Mod. Phys. Lett. A 31, 1630005 (2016), arXiv:1512.02751 [hep-ph] .
  24. O. Lebedev and T. Toma,   (2023), arXiv:2302.09515 [hep-ph] .
  25. A. Poulin, Phys. Rev. D 100, 043022 (2019), arXiv:1905.03126 [hep-ph] .
  26. A. Poulin and S. Godfrey, Phys. Rev. D 99, 076008 (2019), arXiv:1808.04901 [hep-ph] .
  27. J. L. Feng et al., J. Phys. G 50, 030501 (2023), arXiv:2203.05090 [hep-ex] .
  28. G. Krnjaic et al.,   (2022), arXiv:2207.00597 [hep-ph] .
  29. S. Gori et al.,   (2022), arXiv:2209.04671 [hep-ph] .
  30. P. Crivelli (2023) arXiv:2301.09905 [hep-ex] .
  31. P. Agrawal et al., Eur. Phys. J. C 81, 1015 (2021), arXiv:2102.12143 [hep-ph] .
  32. G. Lanfranchi, J. Phys. Conf. Ser. 1526, 012029 (2020).
  33. P. J. Fox et al.,   (2022), arXiv:2210.03075 [hep-ph] .
  34. D. Banerjee et al. (NA64), Phys. Rev. Lett. 118, 011802 (2017), arXiv:1610.02988 [hep-ex] .
  35. D. Banerjee et al. (NA64), Phys. Rev. D 97, 072002 (2018a), arXiv:1710.00971 [hep-ex] .
  36. D. Banerjee et al. (NA64), Phys. Rev. Lett. 120, 231802 (2018b), arXiv:1803.07748 [hep-ex] .
  37. D. Banerjee et al., Phys. Rev. Lett. 123, 121801 (2019), arXiv:1906.00176 [hep-ex] .
  38. D. Banerjee et al. (NA64), Phys. Rev. D 101, 071101 (2020a), arXiv:1912.11389 [hep-ex] .
  39. D. Banerjee et al. (NA64), Phys. Rev. Lett. 125, 081801 (2020b), arXiv:2005.02710 [hep-ex] .
  40. E. Depero et al. (NA64), Eur. Phys. J. C 80, 1159 (2020), arXiv:2009.02756 [hep-ex] .
  41. Y. M. Andreev et al. (NA64), Phys. Rev. Lett. 126, 211802 (2021a), arXiv:2102.01885 [hep-ex] .
  42. Y. M. Andreev et al. (NA64), Phys. Rev. D 104, L111102 (2021b), arXiv:2104.13342 [hep-ex] .
  43. C. Cazzaniga et al. (NA64), Eur. Phys. J. C 81, 959 (2021), arXiv:2107.02021 [hep-ex] .
  44. Y. M. Andreev et al., Phys. Rev. D 104, L091701 (2021c), arXiv:2108.04195 [hep-ex] .
  45. Y. M. Andreev et al. (NA64), Phys. Rev. D 106, 032015 (2022a), arXiv:2206.03101 [hep-ex] .
  46. I. V. Voronchikhin and D. V. Kirpichnikov, Phys. Rev. D 106, 115041 (2022), arXiv:2210.00751 [hep-ph] .
  47. J. Mans (LDMX), EPJ Web Conf. 142, 01020 (2017).
  48. T. Åkesson et al., in Snowmass 2021 (2022) arXiv:2203.08192 [hep-ex] .
  49. B. Echenard, Astrophys. Space Sci. Proc. 56, 49 (2019).
  50. O. Moreno (LDMX), PoS ICHEP2018, 395 (2019).
  51. L. K. Bryngemark et al., EPJ Web Conf. 251, 02038 (2021), arXiv:2105.02977 [hep-ex] .
  52. M. Battaglieri et al., Eur. Phys. J. A 57, 253 (2021), arXiv:2105.04540 [hep-ex] .
  53. Y.-S. Liu and G. A. Miller, Phys. Rev. D 96, 016004 (2017), arXiv:1705.01633 [hep-ph] .
  54. J. D. Lewin and P. F. Smith, Astropart. Phys. 6, 87 (1996).
  55. W. R. Inc., “Mathematica, Version 13.1,” Champaign, IL, 2022.
  56. H. Bethe and W. Heitler, Proc. Roy. Soc. Lond. A 146, 83 (1934).
  57. J. F. Carlson and J. R. Oppenheimer, Phys. Rev. 51, 220 (1937).
  58. L. D. Landau, Proc. Roy. Soc. Lond. A 166 (1938), 10.1016/b978-0-08-010586-4.50041-9.
  59. Y.-S. Tsai and V. Whitis, Phys. Rev. 149, 1248 (1966).
  60. We would like to thank Andrea Celentano for sharing the code and numerical data of Fig. 2.
  61. S. Agostinelli et al. (GEANT4), Nucl. Instrum. Meth. A 506, 250 (2003).
  62. Y. M. Andreev et al. (NA64), Phys. Rev. Lett. 129, 161801 (2022b), arXiv:2207.09979 [hep-ex] .
  63. T. Åkesson et al. (LDMX), JHEP 04, 003 (2020), arXiv:1912.05535 [physics.ins-det] .
  64. J. P. Lees et al. (BaBar), Phys. Rev. Lett. 119, 131804 (2017), arXiv:1702.03327 [hep-ex] .
  65. J. Angle et al. (XENON10), Phys. Rev. Lett. 107, 051301 (2011), [Erratum: Phys.Rev.Lett. 110, 249901 (2013)], arXiv:1104.3088 [astro-ph.CO] .
  66. M. D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model (Cambridge University Press, 2014).
Citations (2)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up