[論文レビュー] $B o\pi\ell u$ semileptonic form factors from unquenched lattice QCD and determination of $|V_{ub}|$

Jon A. Bailey, Alexei Bazavov+23 more|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、4つの格子間隔で、Nf=2+1 asqtadフェルミオンを用いた非制限Nf=2+1の計算により、B→πℓνの半レプトン的形態因子を計算し、SU(2)ステガードチャイral摂動理論とzパrameterizationを用いて、連続体および全q²範囲にまで外挿している。解析により、|Vub| = (3.72 ± 0.14)×10⁻³が得られ、格子計算と実験的不確かさが現在バランスをとるようになり、長年の矛盾が解消され、CKM行列要素の決定における精度が向上した。

ABSTRACT

We compute the $B o\pi\ell u$ semileptonic form factors and update the determination of the CKM matrix element $|V_{ub}|$. We use the MILC asqtad ensembles with $N_f=2+1$ sea quarks at four different lattice spacings in the range $a \approx 0.045$~fm to $0.12$~fm. The lattice form factors are extrapolated to the continuum limit using SU(2) staggered chiral perturbation theory in the hard pion limit, followed by an extrapolation in $q^2$ to the full kinematic range using a functional $z$-parameterization. The extrapolation is combined with the experimental measurements of the partial branching fraction to extract $|V_{ub}|$. Our preliminary result is $|V_{ub}|=(3.72\pm 0.14) imes 10^{-3}$, where the error reflects both the lattice and experimental uncertainties, which are now on par with each other.

研究の動機と目的

• 現代の非制限ラティスQCDを用いたB→πℓν半レプトン的形態因子の計算により、CKM行列要素|Vub|の精度を向上させること。
• 格子の歪みとチャイナル外挿の系統的取り扱いにより、排他的|Vub|決定における主要な不確かさを低減すること。
• 改善された理論的形態因子計算を通じて、排他的および包含的|Vub|決定の間の長年の矛盾を解消すること。
• 将来のレア崩壊研究を支援するため、珍しいB→πℓ⁺ℓ⁻崩壊のテンソル形態因子fTの信頼できる予測を提供すること。
• 最終的な|Vub|不確かさに格子計算と実験的不確かさが均等に寄与するバランスの取れた誤差予算を達成すること。

提案手法

• 4つの格子間隔（a ≈ 0.045–0.12 fm）におけるNf=2+1の動的クォークを有するMILC asqtadエンsemblesを用い、連続体外挿が可能である。
• 物理的軽いクォーク質量への形態因子の外挿に、ハードパイオン極限におけるSU(2)ステガードチャイナル摂動理論を適用する。
• q²の全運動的範囲への滑らかな外挿を実現するため、形態因子f+(q²)およびf₀(q²)のzパrameterizationを採用する。
• bクォークにFermilab解釈を用いたSheikholeslami-Wohlertクローラー作用を適用し、ベクトルおよびテンソルカレント行列要素の縮約を実施する。
• 4つの独立した実験データセット（BaBarおよびBelle、2011–2013年）とラティス形態因子の結果を同時にフィットさせ、|Vub|を抽出する。
• |Vub|を自由パラメータとして用いた結合フィットを実施し、格子計算の不確かさと実験的統計/系貫的誤差の両方を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の非制限ラティスQCDを用いた排他的B→πℓν崩壊によるCKM行列要素|Vub|の正確な値は何か？
• RQ2 f+(q²)およびf₀(q²)の形態因子はq²の全運動的範囲でどのように振る舞い、実験データとどの程度整合するか？
• RQ3 |Vub|の決定において、格子計算の不確かさと実験的不確かさがどの程度バランスをとっているか？
• RQ4 新しいラティス結果は、以前のラティス計算およびライトコーン和則予測のf+とどの程度一致するか？
• RQ5 更新された|Vub|値は、排他的および包含的|Vub|決定の間の矛盾にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 本研究では、|Vub| = (3.72 ± 0.14)×10⁻³の予備的値を報告しており、不確かさは格子QCDと実験的データの両方が同等に寄与していることを示している。
• 誤差予算の結果、図4（左）のz ≈ 0付近の赤（格子計算）と cyan（実験的）のバンド幅が類似していることから、格子計算と実験的不確かさが現在同等の水準にあることが裏付けられている。
• 実験データと結合フィットにより、q²の全範囲にわたりf+(q²)が高精度で決定され、以前のラティス計算およびライトコーン和則の結果と良好に一致している。
• 新しい|Vub|値は2008年のFermilab/MILCラティス結果よりも約1標準偏差高いが、これは低q²（z ≈ 0）におけるf+の改善に起因する。
• 排他的および包含的|Vub|決定の間の矛盾は、今や約2.4σにまで低下し、CKMユニタリティテストにおける整合性が向上したことを示している。
• テンソル形態因子fTが計算され、今後の研究で珍しいB→πℓ⁺ℓ⁻崩壊の予測に用いられる予定である。