轻介子衰变中暗 sector 的多轻子新奇信号

我们指出，介子衰变为多个带电轻子可作为探测轻暗粒子 $X$ 的新奇手段。此前被忽略的道，如 $K^+\to \pi^+ \left(XX \to 2(e^+e^-)\right)$、$K_L\to \pi^0 \left( XX \to 2(e^+e^-)\right)$ 以及 $K_S\to \left(XX \to 2(e^+e^-)\right)$ 可能具有非常大的分支比，不仅超过标准模型预期，也超过如中性π介子 Dalitz 衰变等可能的本底。我们将此思想应用于暗 sector 模型，其中暗 Higgs 或重中性轻子的产生导致含多个可见暗光子的末态。我们还研究了一个近期提出的 MeV 尺度 QCD 轴子模型，其中由于轴子与轻介子的非线性相互作用，介子衰变为多个轴子态的分支比很大。此外，我们指出在π介子衰变中探测该轴子的新途径，例如 $\pi^+ \to \nu \left((e^+)^* \to e^+ a\to e^+e^+e^-\right)$ 中 $a$ 的单产生、π俘获中的双产生 $\pi^-+(p \text{ 或 D})\to aa + (n\text{ 或 }nn) \to 2(e^+e^-) + (n\text{ 或 }nn)$，以及 $\pi^0 \to aaa\to 3(e^+e^-)$。对于 $17$ MeV 轴子，后一衰变固定为 $\mathcal{B}(\pi^0\to a a a) = 1.0 \times 10^{-3}$。