多电子μ子衰变中的新物理

我们研究末态含五条带电径迹的奇异μ子衰变。首先，我们考察 $\mu^+ \to 3e^+\,2e^-\,2\nu$ 的标准模型率（$B = 4.0\times 10^{-10}$），发现 Mu3e 实验在每 $10^{15}$ 次 $\mu^+$ 衰变中应有数十至数百个信号事例，具体取决于信号选择策略。随后我们转向无中微子的 $\mu^+ \to 3e^+\,2e^-$ 衰变，该衰变可能出现在带有涉及暗 Higgs $h_d$ 的轻子味破坏有效算符的新物理模型中。在 $\mu^+ \to e^+ h_d$ 衰变中产生后，暗 Higgs 可通过两个暗光子衰变级联为两对 $e^+e^-$：$h_d \to \gamma_d \gamma_d \to 2(e^+e^-)$。我们表明，Mu3e 实验上对 $\mu^+ \to 3e^+\,2e^-$ 的搜寻，对分支比具有低至 $O(10^{-12})$ 或以下水平的潜在灵敏度，可探索参数空间的新区域以及高达 $\Lambda \sim 10^{15}$ GeV 的新物理能标。