REDTOP 实验:以稀有 $\eta/\eta^{\prime}$ 衰变探测新物理

$\eta$ 与 $\eta^{\prime}$ 介子在粒子世界中近乎独特,因为它们几乎是 Goldstone 玻色子,且其衰变动力学受到强烈约束。早期实验收集的 $\eta$ 介子积分样本约为 $\sim10^{9}$ 个事件。一项新实验 REDTOP(Rare Eta Decays To Probe New Physics,探测新物理的稀有 $\eta$ 衰变)正被提出,旨在收集量级为 10$^{14}$ 个 $\eta$(10$^{12}$ 个 $\eta^{\prime}$)的数据样本以研究极稀有衰变。如此统计量足以研究若干对称性破缺,并搜寻超出标准模型的粒子与场。本工作中,我们给出若干研究,评估 REDTOP 对通过所谓四大入口(portals)——矢量、标量、轴子与重轻子入口——将标准模型耦合至新物理的过程的灵敏度。该实验的灵敏度也足以探测若干守恒定律,特别是 $CP$、$T$ 与轻子普适性,以及确定 $\eta$ 形状因子,这对解释近期 muon $g-2$ 的测量至关重要。