Sensitivity of the SHiP experiment to dark photons decaying to a pair of charged particles

作者：C. Ahdida, Atakan Tugberk Akmete, R. Albanese, A. Alexandrov, A. Anokhina, S. Aoki, G. Arduini, E. Atkin, N. Azorskiy, J. J. Back, A. Bagulya, F. Baaltasar dos Santos, A. Baranov, F. Bardou, Gareth J. Barker, M. Battistin, J. Bauche, A. Bay, V. Bayliss, G. Bencivenni, A. Berdnikov, Y. Berdnikov, M. Bertani, C. Betancourt, Ia. Bezshyiko, O. Bezshyyko, D. Bick, S. Bieschke, A. Blanco, J. Boehm, M. Bogomilov, I. Boiarska, Kyrylo Bondarenko, W. Bonivento, J. Borburgh, Alexey Boyarsky, R. Brenner, D. Breton, V. Büscher, A. Buonaura, S. Buontempo, S. Cadeddu, A. Calcaterra, M. Calviani, M. Campanelli, M. Casolino, N. Charitonidis, P. Chau, J. Chauveau, A. Chepurnov, M. Chernyavskiy, Ki-Young Choi, А. Г. Чумаков, P. Ciambrone, V. Cicero, L. Congedo, Karel Cornelis, M. Cristinziani, A. Crupano, G. M. Dallavalle, A. Dätwyler, N. D’Ambrosio, G. D’Appollonio, R. de Asmundis, J. de Carvalho Saraiva, G. De Lellis, Matteo Magistris, A. De Roeck, M. de Serio, D. De Simone, L. Dedenko, Pavel Dergachev, A. Di Crescenzo, L. Di Giulio, N. Di Marco, Claudio Dib, H. Dijkstra, В. В. Дмитренко, L. A. Dougherty, A. Dolmatov, D. Domenici, S.V. Donskov, V. Drohan, A. Dubreuil, O. Durhan, M. Ehlert, E. Elikkaya, T. Enik, A. Etenko, F. Fabbri, O. L. Fedin, F. Fedotovs, G. Felici, Martina Ferrillo, M. Ferro-Luzzi, K. Filippov, R. A. Fini, P. Fonte, C. Franco, M. Fraser, R. Fresa, R. Froeschl, Tatsuya Fukuda, G. Galati, J. Gall, L. Gatignon, G. Gavrilov, V. Gentile, B. Goddard, L. Golinka-Bezshyyko, A. Golovatiuk, V. Golovtsov, D. Golubkov, A. Golutvin, P. Gorbounov, D. Gorbunov, С. Горбунов, V. Gorkavenko, M. Gorshenkov, Vadim Grachev, A. L. Grandchamp, E. Graverini, J. Grenard, D. Grenier, V. Grichine, N. Gruzinskii, A. M. Guler, Yu. Guz, G. Haefeli, C. Hagner, H. Hakobyan, Irene Harris, E. van Herwijnen, C. Heßler, A. Hollnagel, B. Hosseini, M. Hushchyn, G. Iaselli, A. Iuliano, R. Jacobsson, D. Joković, M. Jonker, І. Каденко, V. Kain, B. Kaiser, C. Kamiscioglu, D. Karpenkov, K. Kershaw, M. Khabibullin, E. Khalikov, G.V. Khaustov, G. Khoriauli, A. Khotyantsev, Y.G. Kim, V. Kim, N. Kitagawa, J.-W. Ko, K. Kodama, A. Kolesnikov, D. Kolev, V. Kolosov, M. Komatsu, A. Kono, N. S. Konovalova, S. Kormannshaus, I. Korol, I. Korol’ko, A. Korzenev, V. V. Kostyukhin, E. Koukovini Platia, S. G. Kovalenko, I. Krasilnikova, Y. Kudenko, E. Kurbatov, Pavel Kurbatov, V. Kurochka, E. Kuznetsova, H. M. Lacker, M. Lamont, G. Lanfranchi, O. Lantwin, A. Lauria, K. S. Lee, K. Y. Lee, N. Leonardo, J.-M. Lévy, V. P. Loschiavo, L. Lopes, E. Lopez Sola, Valery E. Lyubovitskij, J. Maalmi, A.-M. Magnan, V. P. Maleev, A. Malinin, Y. Manabe, A.K. Managadze, M. Manfredi, S. Marsh, A. M. Marshall, A. Mefodev, P. Mermod, Andrea Miano, S. Mikado, Yu. Mikhaylov, D. A. Milstead, O. Mineev, A. Montanari, M. C. Montesi, K. Morishima, S. Movchan, Y. Muttoni, N. Naganawa, M. Nakamura, T. Nakano, S. Nasybulin, P. Ninin, A. Nishio, B.A. Obinyakov, S. Ogawa, N. Okateva, B. Opitz, Jason W. Osborne, Maksym Ovchynnikov, N. Owtscharenko, P. Owen, P. Pacholek, A. Paoloni, B. D. Park, A. Pastore, M. Patel, D. Pereyma, Antonio Perillo‐Marcone, G. Petkov, K. Petridis, A. Petrov, Д. Подгрудков, V. Poliakov, N. Polukhina, Javier Prieto, M. Prokudin, Andrea Prota, A. Quercia, A. Rademakers, A. Rakai, F. Ratnikov, T. Rawlings, F. Redi, S. Ricciardi, M. Rinaldesi, Volodymyr Rodin, V. Rodin, P. Robbe, A.B. Rodrigues Cavalcante, T. Roganova, Hiroki Rokujo, G. Rosa, T. Rovelli, Oleg Ruchayskiy, T. Ruf, V. D. Samoylenko, V. Samsonov, F. Sánchez Galán, P. Santos Díaz, A. Sanz Ull, A. Saputi, O. Sato, E. S. Savchenko, J. S. Schliwinski, W. Schmidt‐Parzefall, N. Serra, S. Sgobba, O. Shadura, A. Shakin, Mikhail Shaposhnikov, P. Shatalov, T. V. Shchedrina, L. Shchutska, V. Shevchenko, H. Shibuya, S. Shirobokov, A. E. Shustov, S.B. Silverstein, S. Simone, R. Simoniello, M. Skorokhvatov, S. Yu. Smirnov, Guilherme Colombo Soares, J. Y. Sohn, A. Sokolenko, E. Solodko, N. Starkov, Linda Stoel, M. E. Stramaglia, D. Sukhonos, Y. Suzuki, S. Takahashi, J. L. Tastet, P. Teterin, S. Than Naing, I. Timiryasov, V. Tioukov, Daniele Tommasini, M. Torii, N. Tosi, D. Treille, R. Tsenov, S. Ulin, E. Ursov, A. Ustyuzhanin, Z. Uteshev, L. Uvarov, G. Vankova-Kirilova, F. Vannucci, V. Venturi, I. Vidulin, S. Vilchinski, Heinz Vincke, Helmut Vincke, C. Visone, К. Ф. Власик, A. Volkov, R. Voronkov, S. van Waasen, R. Wanke, P. Wertelaers, O. Williams, J.-K. Woo, M. Wurm, S. Xella, D. Yilmaz, A. U. Yilmazer, C.S. Yoon, Yu. Zaytsev, A. Zelenov, J. Zimmerman · 发表于：The European Physical Journal C · 年份：2021 · DOI：10.1140/epjc/s10052-021-09224-3 · 被引用次数：40 · 研究领域：Dark Matter and Cosmic Phenomena、Particle physics theoretical and experimental studies、Atomic and Subatomic Physics Research

Abstract Dark photons are hypothetical massive vector particles that could mix with ordinary photons. The simplest theoretical model is fully characterised by only two parameters: the mass of the dark photon m $$_{\gamma ^{\mathrm {D}}}$$ γ D and its mixing parameter with the photon, $$\varepsilon $$ ε . The sensitivity of the SHiP detector is reviewed for dark photons in the mass range between 0.002 and 10 GeV. Different production mechanisms are simulated, with the dark photons decaying to pairs of visible fermions, including both leptons and quarks. Exclusion contours are presented and compared with those of past experiments. The SHiP detector is expected to have a unique sensitivity for m $$_{\gamma ^{\mathrm {D}}}$$ γ D ranging between 0.8 and 3.3 $$^{+0.2}_{-0.5}$$ - 0.5 + 0.2 GeV, and $$\varepsilon ^2$$ ε 2 ranging between $$10^{-11}$$ 10 - 11 and $$10^{-17}$$ 10 - 17 .