Probing baryogenesis with displaced vertices at the LHC
Notice bibliographique
Résumé
The generation of the asymmetric cosmic baryon abundance requires a departure from thermal equilibrium in the early universe. In a large class of baryogenesis models, the baryon asymmetry results from the out-of-equilibrium decay of a new, massive particle. We highlight that in the interesting scenario where this particle has a weak scale mass, this out-of-equilibrium condition requires a proper decay length larger than O(1) mm. Such new fields are within reach of the LHC, at which they can be pair produced leaving a distinctive, displaced-vertex signature. This scenario is realized in the recently proposed mechanism of baryogenesis where the baryon asymmetry is produced through the freeze-out and subsequent decay of a meta-stable weakly interacting massive particle (“WIMP baryogenesis”). In analogy to missing energy searches for WIMP dark matter, the LHC is an excellent probe of these new long-lived particles responsible for baryogenesis via the low-background displaced vertex channel. In our paper, we estimate the limits on simplified models inspired by WIMP baryogenesis from two of the most sensitive collider searches by CMS and ATLAS with 8 TeV LHC data. We also estimate the LHC reach at 13 TeV using current strategies, and demonstrate that up to a factor of 100 improvement in cross-section limits can be achieved by requiring two displaced vertices while lowering kinematic thresholds. For meta-stable WIMPs produced through electroweak interactions, the high luminosity LHC is sensitive to masses up to 2.5 TeV for lifetimes around 1 cm, while for singlets pair-produced through the off-shell-Higgs portal, the LHC is sensitive to production cross sections of O(10) ab for benchmark masses around 150 GeV. Our analysis and proposals also generally apply to displaced vertex signatures from other new physics such as hidden valley models, twin Higgs models and displaced supersymmetry.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».