KOTO 实验中新轻粒子的迹象？

近期，KOTO 实验报告了搜寻衰变 $K_L\to\pi^0\nu\bar{\nu}$ 的新初步结果。在信号区观测到三个候选事例，显著超出基于标准模型的预期。另一方面，新的 NA62 与先前的 BNL-E949 实验给出了相一致的结果，并确认了带电介子衰变 $K^+\to\pi^+\nu\bar{\nu}$ 中的标准模型预言。此外，由同位旋对称性分析得出的两衰变之间的合理关系难以被重粒子的新物理打破。本工作中，我们采用系统化的有效场论方法研究该问题，考虑三种最简情景，其中 $K_L$ 可衰变为新的轻中性粒子 $X$，即 $K_L\to\pi^0X$、$K_L\to \gamma\gamma X$ 或 $K_L\to\pi^0XX$。我们通过模拟并纳入来自 NA62 及其他相关实验的约束，评估这些情景的可行性。我们的主要结论是：当综合分布与其他实验约束时，长寿命标量 $X$ 的 $K\to\pi XX$ 情景似乎比另外两种更可信，而 KOTO 盲盒以下的区域为搜寻相对较重 $X$ 的这三种情景提供了良好的探测环境。