[論文レビュー] Measurement of Ds+ to mu+ nu and the Decay constant f_Ds

M. Artuso, Collaboration, CLEO|ArXiv.org|Jul 26, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、CLEO-c検出器を用いて √s = 4.17 GeV における e⁺e⁻ 衝突で生成された D_s⁺ → μ⁺ν および D_s⁺ → τ⁺ν 衰えを用いて、D_s⁺ のレプチオン性衰え定数 f_{D_s^+} の、これまでで最も精密な測定を報告している。測定された f_{D_s^+} = 282 ± 16 ± 7 MeV および比 f_{D_s^+}/f_{D^+} = 1.27 ± 0.12 ± 0.03 は、格子QCDの予測と整合しており、D_s^+ → φπ^+ の分岐比に依存する正規化を排除することで、以前の結果に比べて精度が向上している。

ABSTRACT

We examine e+e- to Ds- Ds*+ or Ds-* Ds+ collisions at 4170 MeV using the CLEO-c detector in order to measure the decay constant f_Ds+. We use the Ds+ to ell+ nu channel, where the ell+ designates either a mu+ or a tau+. Analyzing both modes simultaneously, we determine B(D_s^+ to mu+ nu)= (0.657 +- 0.090 +- 0.028)%, B(D_s^+ to tau+ nu)= (7.1 +- 1.4 +- 0.3)%, and extract f_Ds+ = 282 +- 16 +- 7 MeV. Combining with our previous determination of B(D+ to mu+ nu), we find that the ratio f_Ds+/f_D+ = 1.27 +- 0.12 +- 0.03. (All new results here are preliminary.) We compare with current theoretical estimates.

研究の動機と目的

• D_s^+ のレプチオン性衰え分岐比 \mathcal{B}(D_s^+ \to \mu^+\nu) および \mathcal{B}(D_s^+ \to \tau^+\nu) を高精度で測定すること。
• D_s^+ → φπ^+ の正規化モードに依存しない形で、f_{D_s^+} を抽出すること。これは、従来、大きな系統的不確実性を引き起こしていた。
• CKM行列要素比 |V_{cd}/V_{cs}| の理論的予測を検証するために、f_{D_s^+}/f_{D^+} の比を決定すること。
• 測定された f_{D_s^+} および f_{D_s^+}/f_{D^+} を、現在の格子QCDおよび他の理論的モデルと比較すること。

提案手法

• 分析は、√s = 4.17 GeV における e⁺e⁻ 衝突を用い、e⁺e⁻ → D_s^-D_s^{*+} により D_s^+D_s^{*+} または D_s^{*-}D_s^+ 終状態が生成されることを利用する。
• D_s^+ → ℓ⁺ν 衰えにおいて、荷電レプトン（μ⁺、τ⁺）を再構築し、τ⁺ → π⁺ ν̄ を用いて τ の識別を行う。
• 衰え率の式 Γ(D_s^+ → ℓ⁺ν) = (G_F²/8π) f_{D_s^+}² m_ℓ² M_{D_s^+} (1 - m_ℓ²/M_{D_s^+}²)² |V_{cs}|² を用い、測定された分岐比から f_{D_s^+} を抽出する。
• μ⁺ν および τ⁺ν モードを同時に分析することで、外部の正規化モードへの依存を低減し、系統的不確実性を最小限に抑える。
• D_s^+ と D^+ の測定における相殺効果により、f_{D_s^+}/f_{D^+} の比を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D_s^+ の衰え定数 f_{D_s^+} の正確な値は何か？ また、格子QCDの予測とどのように比較されるか？
• RQ2 f_{D_s^+}/f_{D^+} の比は何か？ そして、CKM行列要素比 |V_{cd}/V_{cs}| の理論的期待値と一致するか？
• RQ3 D_s^+ → μ^+ν および D_s^+ → τ^+ν の分岐比は、D_s^+ → φπ^+ への正規化を避けることで、系統的不確実性を低減して測定可能か？
• RQ4 測定された分岐比および f_{D_s^+} は、以前の実験的結果および理論的モデルとどのように比較されるか？

主な発見

• D_s^+ → μ^+ν の分岐比は、\mathcal{B}(D_s^+ \to \mu^+\nu) = (0.657 \pm 0.090 \pm 0.028)\% であり、合成不確実性は ±0.095\% である。
• D_s^+ → τ^+ν の分岐比は、\mathcal{B}(D_s^+ \to \tau^+\nu) = (7.1 \pm 1.4 \pm 0.3)\% であり、Γ(τ^+ν)/Γ(μ^+ν) ≈ 9.72 の期待される比と整合している。
• D_s^+ の衰え定数は f_{D_s^+} = 282 \pm 16 \pm 7 MeV と決定され、これまでで最も精密な測定結果である。
• 比 f_{D_s^+}/f_{D^+} = 1.27 \pm 0.12 \pm 0.03 が抽出され、D_s^+ と D^+ の測定における相殺効果により、系統的不確実性が顕著に低減されている。
• 結果は格子QCDの予測と整合しており、特に MILC の n_f = 2+1 フレーバー計算（f_{D_s^+}/f_{D^+} = 1.24 \pm 0.01 \pm 0.07）と一致している。他の理論的推定値よりも高い値にある。
• 格子QCDの予測 f_{D_s^+}/f_{D^+} = 1.24 \pm 0.01 \pm 0.07 を用いることで、比 |V_{cd}/V_{cs}| は 0.22 \pm 0.03 と導かれる。これは、標準模型と整合している。