不可见 $K_L$ 衰变作为新物理的探针

衰变 $K_L \to invisible$ 从未在实验上被测试过。在标准模型 (SM) 中，其衰变为两个中微子的分支比受到螺旋度抑制，预测为 $Br(K_L \to \nu \bar{\nu}) \lesssim 10^{-10}$。我们考虑了 SM 的几种自然扩展，如双希格斯二重态 (2HDM)、2HDM 加轻标量以及镜像暗物质模型，它们的主要特征是允许避免螺旋度抑制因子并导致增强的 $Br(K_L \to invisible)$。对于衰变 $K_L \to \nu \bar{\nu}$，在所考虑的 2HDM 模型中中微子质量的微小性由第二个希格斯二重态真空期望值的微小性解释。第二个希格斯同位二重态的非零微小值可能是非零夸克凝聚的结果。我们表明，考虑到来自 $K \to \pi +invisible$ 衰变的最严格约束，该过程可能处于 $Br(K_L \to invisible) \simeq 10^{-8}-10^{-6}$ 的区域，这在实验上是可及的。在某些情景下，$K_L \to invisible$ 衰变仍然被允许，而 $K \to \pi +invisible$ 衰变被禁止。所得结果表明，$K_L \to invisible$ 衰变是对远高于 100 TeV 的新物理能标的干净探针，这是对稀有 $K \to \pi+invisible$ 衰变的补充，并为近期实验中对其进行灵敏搜索提供了强有力的动机。