违反重子数的核子衰变成暗光子粒子
Baryon-number-violating nucleon decays into a dark photon particle
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中文总结 AI 辅助
研究违反重子数的核子衰变成暗光子，利用扩展暗光子\(X\)的低能有效场论\(X\)LEFT，构建算符并匹配手征微扰理论，推导衰变宽度表达式，重新解释实验数据设下限，为相关研究提供工具包。
中文摘要 AI 辅助
违反重子数（BNV）的核子衰变成轻的新粒子是一个令人兴奋但尚未被实验探索的前沿领域。在这项工作中，我们使用扩展了暗光子\(X\)的低能有效场论（称为\(X\)LEFT）系统地研究核子衰变成暗光子的过程。我们首先构建了一套完整的主导阶BNV \(X\)LEFT算符，然后对涉及轻\(u\)、\(d\)、\(s\)夸克且对核子衰变起主要作用的算符进行了系统的手征微扰理论匹配。在手征框架内，我们推导了两体和三体核子衰变宽度的一般表达式，并分析了三体衰变中的动量分布。最后，我们彻底重新解释了传统两体模式（衰变成一个轻子和一个介子）的现有实验数据，以设定涉及额外暗光子的相应三体模式部分寿命的下限。这些下限使我们能够进一步对\(X\)LEFT算符和其他相关衰变模式设置严格的约束。我们的结果为未来这些奇异核子衰变的实验和理论研究提供了一个工具包。
英文摘要
Baryon-number-violating (BNV) nucleon decays into a light new particle represent an exciting yet experimentally unexplored frontier. In this work, we systematically study nucleon decays into a dark photon using a low-energy effective field theory extended with a dark photon $X$, referred to as $X$LEFT. We first construct a complete set of leading-order BNV $X$LEFT operators and then perform a systematic matching onto the chiral perturbation theory for operators involving light $u,d,s$ quarks that dominantly contribute to nucleon decays. Within the chiral framework, we derive general expressions for the decay widths of both two- and three-body nucleon decays and analyze the momentum distributions in the latter. Finally, we thoroughly reinterpret the existing experimental data on conventional two-body modes (into a lepton and a meson) to set lower bounds on partial lifetimes of the corresponding three-body modes involving an additional dark photon. These bounds allow us to further set stringent constraints on the $X$LEFT operators and other correlated decay modes. Our results provide a toolkit for future experimental and theoretical studies of these exotic nucleon decays.
发表机构
- South China Normal University（华南师范大学）
- Wuyi University（五邑大学）
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