夸克偶素衰变为光子加引力子：区分广义相对论与有质量引力的黄金通道？

在近期引力波的历史性发现之后，推测在地面加速器实验中探测量子引力子的前景令人好奇。我们仔细研究了可在 \textsf{BESIII} 与 \textsf{Belle 2} 实验中通过搜寻单光子加丢失能量事件来开展的“黄金”通道 $J/\psi(\Upsilon)\to\gamma+\text{graviton}$。在广义相对论（GR）与非相对论 QCD（NRQCD）相结合的有效场论（EFT）框架下，我们能够对相应衰变率做出可靠预言。研究发现，这些被极度压低的衰变完全被标准模型背景事件 $J/\psi (\Upsilon)\to \gamma+\nu\bar{\nu}$ 所淹没。同时，我们也在有质量引力背景下研究这些稀有衰变过程，并发现其在引力子质量趋于零极限下的各自衰变率与 GR 中的对应结果截然不同。尽管无法平滑恢复 GR 结果这一表现看似有悖直觉，我们的发现令人联想到经典引力中广为人知的 van Dam-Veltman-Zakharov（vDVZ）不连续性，这可追溯到螺旋度为零的引力子在质量为零极限下的有限贡献。然而现阶段我们尚不确定本文所遇不连续性的归宿，即它是否仅是一种病态。若它能具有某种物理意义，则未来对这些稀有衰变通道的观测原则上将揭示引力的本质——引力子是否严格无质量，或具有极小但非零的质量。