Belle 与 Belle II 实验上四体 tau 轻子衰变的灵敏度

我们研究了 Belle 与 Belle II 上对四体 $\tau^\mp \to X^\pm l^\mp l^\mp \nu_{\tau}$ 衰变的预期灵敏度，其中 $l=e$ 或 $\mu$，$X=\pi$、$K$、$\rho$ 和 $K^*$ 介子。这些衰变过程违背总轻子数（$|\Delta L|=2$），并可由 Majorana 中微子的交换诱导。特别地，我们考虑 $\tau_N$ = 5、100 ps 的可及寿命范围，并在不对混合矩阵元相对大小作额外假设下提取 $|V_{\ell N}|^2$ 的极限。对于 Belle 上收集的 1 ab$^{-1}$ 积分亮度，我们发现对 BR($\tau^\mp \to X^\pm l^\mp l^\mp \nu_{\tau}$) $\sim 10^{-8}$ 量级分支比具有显著灵敏度。对于 Belle II 上预期的 50 ab$^{-1}$ 及中间亮度 10 ab$^{-1}$，我们发现对 BR($\tau^\mp \to X^\pm l^\mp l^\mp \nu_{\tau}$) $\sim 10^{-9}-10^{-8}$ 量级分支比具有显著灵敏度。我们利用这些灵敏度设定与重中微子相关的参数空间 $(m_N, |V_{\ell N}|^2)$ 排除区域的极限；使得对于 $\tau_N = 100$ ps 下 $|V_{\ell N}|^2 \sim \mathcal{O}(10^{-5})$，我们得到 $\tau^- \to X^+ e^- e^- \nu_\tau$ 的界限为 $0.140 < m_N < 1.776$ GeV，$\tau^- \to X^+ \mu^- \mu^- \nu_\tau$ 的界限为 $0.245 < m_N < 1.671$ GeV。