Massive photon-like particles are predicted in many extensions of the Standard Model. They have interactions similar to the photon, are vector bosons, and can be produced together with photons.
The PADME experiment proposes a search for the dark photon (U) in the e+e− → γU process in a positron-on-target experiment, exploiting the positron beam of the DAΦNE BTF, produced by the linac at the Laboratori Nazionali di Frascati, INFN.
In one year of running a sensitivity in the relative interaction strength down to 10−6 is achievable, in the mass region from 2.5 MeV < MU< 22.5 MeV. To exploit the production of dark photons in Bremsstrahlung processes and their subsequent decay into pairs of leptons U → e+e− the experiment employs a magnetic spectrometer, which allows to probe and improve the current exclusions limits by extracting the linac electron beam at maximum intensity (∼ 1020 EOT/year) on a dump.
This meeting aims at identifying the necessary research and development, design and simulation issues that will lead to the preparation of a draft of a Technical Proposal before the summer. The event will also further strengthen the PADME collaboration by bringing together a large community of colleagues who are interested in this kind of physics.
Molte estensioni dello Standard Model prevedono particelle vettoriali (bosoni U o fotoni pesanti o dark photons) con interazioni simili a quelle dei fotoni, che possono essere prodotte in associazione ai fotoni.
L’esperimento PADME si propone di cercare tali particelle in processi e+e−→Uγ, U→invisibile nell’interazione di un fascio di positroni con gli elettroni di un bersaglio sottile, utilizzando il fascio del linac di DAFNE estratto sulla linea della Beam-Test Facility (BTF) ai Laboratori Nazionali di Frascati, INFN.
Conoscendo l'impulso del fascio incidente e misurando con precisione quello del fotone con un calorimetro opportunamente segmentato, è possibile chiudere la cinematica e effettuare una ricerca model-independent studiando la massa mancante. Per questo tipo di ricerca inclusiva non esistono, ad oggi, risultati sperimentali. Con il fascio di positroni di 550 MeV attualmente disponibile, sarebbe possibile ottenere un'esclusione della regione fino a 23 MeV di massa e 10-6 nell'accoppiamento (alpha'/alpha) con un anno di presa dati (4x1013 eot). Eventuali upgrade in energia del linac sarebbero utili a estendere la sensibilità dell'esperimento.
Per sfruttare la produzione di dark photon in processi di Bremsstrahlung ed il loro successivo decadimento in coppie di leptoni U → e+e− l'esperimento viene completato da uno spettrometro magnetico.
E' possibile migliorare le esclusioni attuali anche estraendo il fascio del linac alla massima intensità su un bersaglio spesso tipo dump. Si puo' cercare sia l'apparizione di coppie di leptoni dopo i dump, sia lo scattering con i nuclei di particelle di dark matter leggere derivanti da decadimenti invisibile del dark photon ini un rivelatore dedicato.
Questa riunione ha lo scopo di identificare le principali attività di ricerca e sviluppo, di simulazione e progettazione, per arrivare alla stesura di un Technical Proposal completo prima dell'estate e dare l'avvio alla Collaborazione PADME, anche con l'obiettivo di aprire alla più vasta comunità di colleghi che fossero interessati a partecipare a questi esperimenti. Un ulteriore elemento è l'inserimento e integrazione di questa linea di ricerca nell'ambito della pianificazione di medio termine dei Laboratori Nazionali di Frascati, e nel più ampio contesto del dibattito scientifico dell'INFN che va sotto il nome di "What Next".
