介子衰变揭示无质量暗光子

我们探究带有由无质量暗光子 $\bar\gamma$ 带走的缺失能量的介子衰变，该暗光子被假定与 $d$ 和 $s$ 夸克具有味改变偶极型耦合。我们特别考虑中性介子模式 $K_L\to\gamma\bar\gamma$ 和 $K_L\to\pi^0\gamma\bar\gamma$ 及其 $K_S$ 对应模式，以及带电介子道 $K^+\to\pi^+\gamma\bar\gamma$，每种末态还包含一个普通光子 $\gamma$。此外，我们考察 $K_{L,S}\to\pi^+\pi^-\bar\gamma$ 和 $K^+\to\pi^+\pi^0\bar\gamma$。有趣的是，相同的 $ds\bar\gamma$ 相互作用产生了超子的味改变两体缺失能量衰变，并受到可从现有超子数据推断出的与模型无关的约束。考虑到这一点，我们得到分支比 ${\cal B}(K_L\to\gamma\bar\gamma)$ 和 ${\cal B}(K_L\to\pi^0\gamma\bar\gamma)$ 可分别高达 $10^{-3}$ 和 $10^{-6}$，其中之一或两者均可能在 KOTO 实验的灵敏度范围内。此外，我们发现 ${\cal B}(K^+\to\pi^+\gamma\bar\gamma)$ 和 ${\cal B}(K^+\to\pi^+\pi^0\bar\gamma)$ 也最大允许达到 $10^{-6}$ 量级，可能由 NA62 探测。作为补充，超子模式可具有 BESIII 可能触及的速率。因此，这些正在进行中的实验不久或能提供对无质量暗光子存在性的重要检验。