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dc.contributor.author
Medina, Anibal Damian
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dc.contributor.author
Mileo, Nicolás Ismael
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dc.contributor.author
Szynkman, Alejandro Andrés
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dc.contributor.author
Tanco, Santiago Andrés
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dc.date.available
2023-08-03T09:54:44Z
dc.date.issued
2022-10-18
dc.identifier.citation
Medina, Anibal Damian; Mileo, Nicolás Ismael; Szynkman, Alejandro Andrés; Tanco, Santiago Andrés; Elusive muonic WIMP; American Physical Society; Physical Review D; 106; 7; 18-10-2022; 1-20
dc.identifier.issn
2470-0010
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/11336/206676
dc.description.abstract
The weakly interacting massive particle (WIMP) paradigm is one of the most popular scenarios for dark matter (DM) theories that, however, is strongly constrained, in particular by direct detection experiments. We stick with the WIMP hypothesis and consider a Dirac fermion candidate for DM that interacts with the Standard Model (SM) via a spin-1 Z′, arising from the spontaneous breaking of an Abelian U(1)μ′ gauge symmetry, under which only second generation leptons and the DM are appropriately charged. Due to the charge assignment, the model is gauge anomalous and can only be interpreted as an effective field theory (EFT) at low energy. The Z′ couples at tree level only to the vector DM current, to the axial muon current, and to left-handed muonic neutrinos, so the WIMP-nucleon cross section is beyond the experimental reach of spin-independent (SI) direct detection searches. We focus on Z′ masses between 200 GeV and 500 GeV, and study the current bounds on the model coming from direct and indirect detection of DM, collider searches, contributions to (g-2)μ, and to neutrino trident production. We find that large regions of the parameter space remains to be explored. In the context of LHC searches, we study the impact of a muon-exclusive signal region for the 3μ+ETmiss channel with an invariant mass window around mZ′. We show that this search can significantly improve the current collider bounds. Finally, from the anomalous nature of our EFT, there remain at low energy triboson anomalous interactions between the Z′ and the electroweak (EW) SM gauge bosons. We explore the possibilities of probing these interactions at the LHC and at a 100 TeV proton collider finding it extremely challenging. On the other hand, for a muon collider the inclusive resonant channel μ+μ-→Z′→ZZ could be probed in the most promising scenario with a luminosity of O(few 10) fb-1.
dc.format
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
American Physical Society
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dc.rights
info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subject
Dark Matter
dc.subject
LHC
dc.subject
Anomalies
dc.subject
Muonic Collider
dc.subject.classification
Física de Partículas y Campos
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dc.subject.classification
Ciencias Físicas
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dc.subject.classification
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
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dc.title
Elusive muonic WIMP
dc.type
info:eu-repo/semantics/article
dc.type
info:ar-repo/semantics/artículo
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.date.updated
2023-07-07T17:52:09Z
dc.identifier.eissn
2470-0029
dc.journal.volume
106
dc.journal.number
7
dc.journal.pagination
1-20
dc.journal.pais
Estados Unidos
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dc.description.fil
Fil: Medina, Anibal Damian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
dc.description.fil
Fil: Mileo, Nicolás Ismael. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
dc.description.fil
Fil: Szynkman, Alejandro Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
dc.description.fil
Fil: Tanco, Santiago Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Física La Plata. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Física La Plata; Argentina
dc.journal.title
Physical Review D
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/https://journals.aps.org/prd/pdf/10.1103/PhysRevD.106.075018
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.106.075018
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