在 $Z$ 衰变中辨析暗玻色子的自旋

我们分析 $Z$ 玻色子衰变 $Z\to \gamma\, X$，即衰变为一个光子（$\gamma$）加上一个属于暗或隐蔽扇区的假想轻玻色子（$X$）。由于其与标准模型场的微弱相互作用，该暗玻色子在探测器中表现为缺失能量。对于 $X$，我们考虑自旋-1（无质量暗光子）、自旋-0（类轴子）与自旋-2（类引力子）粒子的情况，并探索辨析其自旋起源的方法。所有这些情形都预言了该衰变的普适特征，即在 $Z$ 质心系中具有单一单色光子，能量约为 $Z$ 质量的一半，加上与 $X$ 玻色子相关的类中微子缺失能量。我们表明，若 $Z\to \gamma\, X$ 信号在 $e^+e^-$ 对撞机上被发现，则 $e^+e^-\to Z\to \gamma\, X$ 中单色光子的角分布可提供干净的探针，以判别 $X$ 暗玻色子的 $J=1$ 与备选的 $J=0/2$ 自旋性质。