在未来 $e^+e^-$ 对撞机的 $Z$ 衰变中检验轴子与轻子的耦合

我们研究了在提出的 CEPC 与 FCC-ee 高能 $e^+e^-$ 对撞机上，于 $Z$ 玻色子的轻子衰变中探测轻的、不可见的类轴子粒子（ALP）$a$ 存在的可能性。两个项目均计划在 $Z$ 极点运行，收集 $10^{12}-10^{13}$ 次可见 $Z$ 衰变。我们表明，通过在轻子 $Z$ 衰变中搜寻轻子发射不可见 ALP，这一巨大统计量可令实验室实验以前所未有的水平约束 ALP 与轻子的耦合。特别地，在蒙特卡洛模拟框架内，我们估计 CEPC/FCC-ee 对不可见 ALP 与缪子耦合的灵敏度可达 $f_a/C^A_{\mu\mu} \approx 1$ TeV——其中 $f_a$ 为 ALP 衰变常数——对应于 ${\rm BR}(Z \to \mu^+\mu^-\,a) \approx 3\times 10^{-11}$。