发表机构
Jožef Stefan Institute; University College London; Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universitat de València); Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP, CAS)（约泽夫·斯特凡研究所; 伦敦大学学院; 粒子物理研究所（西班牙国家研究委员会-瓦伦西亚大学）; 中国科学院近代物理研究所）
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。AI 中文总结
该研究针对无中微子双β衰变，提出在壳产生的类Majoron长寿命粒子φ衰变产生的位移信号可作为新实验特征，能大幅提升不可见Majoron搜索的灵敏度，且该信号对应传统搜索无法探测的新物理场景。
AI 中文摘要
现有大部分关于含轻新物理媒介子的无中微子双β（0νββ）衰变的文献都聚焦于不可见的缺失能量。我们研究的场景是：在0νββ衰变过程中会在壳产生一个类Majoron的大质量粒子φ，该粒子在传播一段宏观距离后衰变为可见末态。具体而言，我们分析了φ衰变为光子对（γγ）、光子与暗光子（γγ_D）、电子-正电子对（e⁺e⁻）时产生的位移能量沉积。我们证明，这些位移衰变会改变预期的可见能谱，并在当前及未来的0νββ实验中提供新颖、独特的实验信号，有望将0νββ衰变中标准不可见Majoron搜索的灵敏度提升两个数量级以上。相关的有效耦合可自然产生于动机充分的紫外完备场景，而传统0νββ衰变搜索无法探测这些场景。
英文摘要
Much of the literature on neutrinoless double beta ($0νββ$) decay with light new-physics mediators focuses on invisible missing energy. We investigate the scenario in which a massive Majoron-like particle $ϕ$ is produced on-shell during $0νββ$ decay and subsequently decays into visible final states after travelling a macroscopic distance. Specifically, we analyze the displaced energy deposition from $ϕ$ decays into a photon pair ($γγ$), a photon and a dark photon ($γγ_D$) and an electron-positron pair ($e^+e^-$). We demonstrate that the displaced decays modify the expected visible energy spectra and provide novel, distinct experimental signatures at current and upcoming $0νββ$ experiments, with the promise of improving the sensitivity of the standard invisible Majoron searches in $0νββ$ decay by more than two orders of magnitude. The relevant effective couplings can naturally arise in well-motivated ultraviolet-complete scenarios that conventional $0νββ$ decay searches cannot probe.
Comments51 pages, 13 figures, including appendices
