展望轻子味破坏轴子类粒子的实验前景

我们评估了关于轻子味破坏（LFV）μ子和τ子衰变为轻的、不可见的轴子类粒子（ALP）$a$ 的过去与未来实验现状。我们为 MEG II 提出一种新的实验装置 MEGII-fwd，其在μ子停止靶下游放置前向量能器。通过搜寻 $\mu \to e a$ 衰变，若 LFV ALP 与右手轻子存在非零耦合，MEGII-fwd 对其具有最大灵敏度。该实验装置通过控制μ子束的极化纯度，压制前向方向上的（左手）标准模型背景。我们将 MEGII-fwd 的探测范围与现有约束、Mu3e 的探测范围以及 Belle-II 来自 $\tau \to \ell a$ 衰变的探测范围进行比较。我们表明，在 MEG II 和 Mu3e 上针对 LFV μ子衰变为 ALP 的专门实验行动，将能够探测现有天体物理约束之外、尚未被探索的 ALP 参数空间区域。我们研究了这些搜寻对代表性 LFV ALP 模型的启示，其中轻 ALP 的存在由中微子质量、强 CP 问题和/或 SM 味谜题所驱动。为此，我们讨论了低尺度跷跷板框架中的 majoron，并引入 LFV QCD 轴子、LFV axiflavon 与轻子 familon，特别关注 LFV ALP 构成冷暗物质的情况。