[論文レビュー] D -> πl νand D -> K l νform factors with Nf=2+1+1 Twisted fermions

N. Carrasco, Paolo Lami+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、Nf=2+1+1のねじれ質量フェルミオンを用いて、D→πℓνおよびD→Kℓν崩壊のベクトルおよびスカラー型因子を計算し、中性子質量が210 MeVまで低い状態で連続極限への外挿を達成した。主な結果として、f₊(D→π)(0) = 0.610(23) および f₊(D→K)(0) = 0.747(22) が得られ、実験データと組み合わせることで |Vcd| = 0.2336(93) および |Vcs| = 0.975(30) が得られ、6%の範囲内でCKM行列のユニタリティと整合的である。

ABSTRACT

We present a lattice QCD determination of the vector and scalar form factors of the semileptonic decays D->πl νand D -> K l νwhich are relevant for the extraction of the CKM matrix elements |Vcd| and |Vcs| from experimental data. Our analysis is based on the gauge configurations produced by the European Twisted Mass Collaboration with Nf = 2+1+1 dynamical fermions. We simulated at three different values of the lattice spacing and with pion masses as small as 210 MeV. Our preliminary estimates for the vector form factor at zero 4-momentum transfer are f+(D -> π)(0) = 0.610 (23) and f+(D -> K)(0) = 0.747 (22), where the uncertainties are only statistical. By combining our results with the experimental values of f+(D -> π)(0) |Vcd| and f+(D -> K)(0) |Vcs| we obtain |Vcd| = 0.2336 (93) and |Vcs| = 0.975 (30), which together with the PDG determination of |Vcb| are in agreement with the unitarity constraint of the Standard Model.

研究の動機と目的

• Nf=2+1+1の動的クォークを用いたラティスQCDにより、半レプトン的D→πℓνおよびD→Kℓν崩壊のベクトルおよびスカラー型因子を決定すること。
• 3つの格子間隔を用いて、中性子質量が210 MeVまで低い状態で、連続極限への制御された外挿を実行すること。
• ラティス型因子と実験的測定値を組み合わせることで、CKM行列要素 |Vcd| および |Vcs| を抽出すること。
• 抽出された |Vcd|、|Vcs| およびPDGの |Vcb| を用いて、CKM行列の第二行のユニタリティをテストすること。

提案手法

• ヨーロピアンねじれ質量コラボレーション（ETMC）が使用する、Nf=2+1+1の動的クォークを用いたゲージ配置をシミュレートし、海クォークにはねじれ質量フェルミオン、外的クォークにはOsterwalder-Seiler作用素を用いる。
• 非周期的境界条件を用いてクォーク運動量の範囲（150–650 MeV）を確保し、q²が0から (MD−Mπ(K))² までのカバーを可能にする。
• ベクトルカレントを含む三つ点相関関数を計算して行列要素を抽出し、補間場にはガウススムージングを用いる。
• Ward-Takahashi恒等式を用いてZVを決定し、物理的行列要素を得るために正規化を行う。
• 初期状態および最終状態のエネルギーと運動量を含む相対論的運動学的関係を用いて、型因子f₊(q²)およびf₀(q²)を構築する。
• 多チャンネルフィットを実行し、同時に軽いクォーク質量ml、格子間隔a²、およびq²について外挿を行う。多項式補正を伴う極形式を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的クォーク質量におけるD→πℓνおよびD→Kℓν崩壊のベクトルおよびスカラー型因子f₊(q²)およびf₀(q²)は何か？
• RQ2 Nf=2+1+1のねじれ質量フェルミオンを用いた場合、型因子は連続極限および物理的中性子質量へどのように外挿されるか？
• RQ3 ラティス型因子と実験的測定値を組み合わせた場合、|Vcd|および|Vcs|の値は何か？
• RQ4 抽出されたCKM行列要素は、標準模型のユニタリティ制約をどの程度満たしているか？

主な発見

• 運動量転送ゼロにおけるベクトル型因子は f₊(D→π)(0) = 0.610(23) であり、統計的不確実性のみを有する。
• D→Kℓνにおける運動量転送ゼロにおけるベクトル型因子は f₊(D→K)(0) = 0.747(22) であり、FLAG平均と良好に一致する。
• ラティス結果と実験データを組み合わせることで、|Vcd| = 0.2336(93) および |Vcs| = 0.975(30) が得られ、両者とも統計的不確実性を有する。
• CKM行列の第二行のユニタリティテストでは、|Vcd|² + |Vcs|² + |Vcb|² = 1.007(63) が得られ、6%の範囲内で標準模型と整合的である。
• 型因子の結果は、Belle、Babar、Cleoの実験データとq²の全範囲で良好に一致する。
• 連続極限およびヘビークォーク質量への外挿は良好に制御されており、3つの格子間隔および中性子質量が210 MeVまで低い状態を用いている。