在 Belle II 探测来自轻标量粒子的暗光子

在标准模型 (SM) 的最小 $U(1)$ 扩展中，预言了一种称为“暗光子”的新规范玻色子。暗光子质量可通过与暗标量玻色子相关的额外 Higgs 机制产生。在 Belle II 等 $B$ 工厂中，会产生大量 $B$ 介子，它们可通过暗标量与 SM Higgs 玻色子的混合衰变为一个 Kaon 加一个暗标量。我们评估了 Belle II 在以下情形下的灵敏度：暗标量通过新的 $U(1)$ 规范耦合专门衰变为一对暗光子，且由于小的动力学混合 $\epsilon$，这些暗光子具有长寿命。我们研究了每种暗光子衰变为一对带电轻子、π介子或 Kaon 的实验信号，从而产生一对位移顶点，并论证该搜索本质上是无背景的。我们进行了详细的 Monte-Carlo 模拟，以确定在积分亮度为 50 ab$^{-1}$ 时 Belle II 的预期信号事件数，同时考虑了末态粒子识别和位移径迹重建的效率。我们发现，对于实验允许的标量混合角值以及运动学允许的暗光子和暗标量质量，所提出的搜索对中等 $\epsilon$ 区域具有独特的灵敏度，而该区域目前大多未被实验排除。