不同实验中轻子数破坏介子衰变的灵敏度

我们在右手（RH）中微子扩展的标准模型（SM）框架下，研究了不同三体轻子数破坏（LNV）介子衰变 $M_{1}^{-}\to\ell_{1}^{-}\ell_{2}^{-}M_{2}^{+}$ 的发现前景。我们考虑若干正在进行中的实验，如 CERN 的 NA62 与 LHCb、SuperKEK 的 Belle II，以及拟议中的未来实验 SHiP、MATHUSLA 与 FCC-ee。若 RH 马约拉纳中微子 $N$ 的质量位于 $(100\, \text{MeV}-6\, \text{GeV})$ 范围内，其介导这些介子衰变会对衰变率提供共振增强。我们考虑了母介子速度的影响以及有限探测器尺寸的影响。利用 LNV 衰变模式 $M_{1}^{-} \to\ell_1^{-}\ell_2^{-}\pi^{+}$~（$M_{1}=B, B_c,D, D_{s}\,\text{and}\,K$）事件数的预期上限，我们分析了混合角 $|V_{e N}|^{2}$、$|V_{\mu N}|^{2}$、$|V_{\tau N}|^{2}$、$|V_{e N}V_{\mu N}|$、$|V_{e N}V_{\tau N}|$ 与 $|V_{\mu N}V_{\tau N}|$ 作为重中微子质量 $M_{N}$ 函数的灵敏度可达范围。我们表明，纳入母介子速度可造成主动- sterile 混合上的巨大差异，特别是对于 SHiP 上的 $D$、$D_s$ 介子衰变与 NA62 上的 $K$ 介子衰变。考虑 $D_s$ 介子的速度，未来束流靶实验 SHiP 可探测 $|V_{eN}|^2 \sim 10^{-9}$。对于 2 - 5 GeV 之间的 RH 中微子质量，MATHUSLA 可提供主动- sterile 混合的最佳灵敏度可达范围。