Produção de partículas tipo-áxion e fótons escuros nas colisões elétron-íon e nas colisões de íons pesados

Abstract

A fotoprodução de partículas tipo-áxion (ALPs) é investigada em colisões de elétron-íon e nas colisões ultraperiféricas de íons pesados, considerando a produção Primakoff de um núcleo e uma Lagrangiana efetiva para o acoplamento de partículas tipo-áxion a fótons. O modelo é empregado para calcular a seção de choque integrada e o número de eventos como uma função da massa da partícula tipo-áxion e do acoplamento áxion-fóton. Previsões são apresentadas para colisores de elétron-íon e próton-núcleo, e núcleo-núcleo para colisões ultraperiféricas no Large Hadron Collider. Os resultados mostram que um número considerável de eventos pode ser produzido nos experimentos planejados, especialmente para baixas massas da partícula tipo-áxion de poucos GeV. Cálculos numéricos são previstos dentro da cobertura cinemática das máquinas planejadas, como o Electron Ion Collider (EIC), Large Hadron Collider (LHC) e o Future Circular Collider (FCC), entre outros. Além disso, a criação de fótons escuros (dark photons) foi estudada, apresentando previsões para a sua produção na região cinemática do Large Electron-Ion Collider (LHeC). O processo adjacente é o espalhamento tipo-Compton e foi analisado em termos da massa do fóton escuro e do parâmetro de mistura cinética.

Photoproduction of axion-like particles (ALPs) is investigated in electron-ion collisions and in ultraperipheral collisions of heavy ions, considering the Primakoff production of a nucleus and an effective Lagrangian for the axion-photon coupling. The model is employed to calculate the integrated cross-section and the number of events as a function of the axion-like particle mass and axion-photon coupling. Predictions are presented for electronion and proton-nucleus colliders, as well as nucleus-nucleus collisions for ultraperipheral collisions at the Large Hadron Collider. The results show that a considerable number of events can be produced in planned experiments, especially for low masses of the axion-like particle of a few GeV. Numerical calculations are expected to fall within the kinematic coverage of planned machines such as the Electron Ion Collider (EIC), Large Hadron Collider (LHC), and the Future Circular Collider (FCC), among others. Additionally, the creation of dark photons has been studied, providing predictions for their production in the kinematic region of the Large Electron-Ion Collider (LHeC). The adjacent process is Compton-type scattering and has been analyzed in terms of the dark photon mass and the kinetic mixing parameter.