[論文レビュー] Precision Lattice Calculation of D and Ds decay constants

E. Follana|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、完全な海クォーク効果を含む細かい MILC ゲージ配置を用いた、高精度なステアッガードクォーク（HISQ）を用いた D 及び Ds メソンの崩壊定数の格子 QCD 計算を提示する。約 2% の総不確かさを達成し、正確な荷重および連続極限への外挿が可能となり、fD = 208(4) MeV および fDs = 241(3) MeV の結果が得られ、実験結果と強く一致し、以前の結果よりも精度が向上した。

ABSTRACT

We present a determination of the decay constants of the $D$ and $D_s$ mesons from lattice QCD, each with a total error of about 2%, approximately a factor of three better than previous calculations. We have been able to achieve this through the use of a highly improved discretization of QCD for charm quarks, coupled to gauge configurations generated by the MILC collaboration that include the full effect of sea u, d, and s quarks. We have results for a range of u/d masses down to m_s/5 and three values of the lattice spacing, which allow us to perform accurate continuum and chiral extrapolations. We fix the charm quark mass to give the experimental value of the η_c mass, and then a stringent test of our approach is the fact that we obtain correct (and accurate) values for the mass of the D and D_s mesons. We compare f_D and f_{D_s} with f_K and f_π, and using experiment determine corresponding CKM elements with good precision.

研究の動機と目的

• 格子 QCD を用いて、D 及び Ds メソンの崩壊定数を 2% 未塔の不確かさで決定すること。
• charm クォークに対して HISQ アクションの信頼性を検証するため、実験的 D 及び Ds メソン質量および ηc 質量を再現すること。
• 実験的レプトン崩壊率との比較により、CKM 行列要素 Vcs 及び Vcd を高精度で抽出することを可能とすること。
• 複数の格子間隔および軽いクォーク質量を用いて、制御された一括荷重および連続極限への外挿を実施すること。
• 将来の B メソン崩壊定数および重いクォーク質量の決定のためのベンチマークを提供すること。

提案手法

• 値のチャームクォークに HISQ アクション、海クォークに ASQTAD ステアッガードフェルミオンを用い、味の破れを低減するための第4根のトリックを適用する。
• 3つの格子間隔および ms/5 まで下がった軽いクォーク質量を有する細かい MILC ゲージ配置を用い、連続極限および荷重外挿を制御可能にする。
• チャームクォーク質量を実験的 ηc 質量に一致させるように固定し、重いクォーク系における一貫性を確保する。
• PCAC 関係を用い、零運動量における擬スカラー密度の行列要素から崩壊定数を抽出する。
• mπ² 項および a² 項を含むフィット形式を用いて、離散化誤差および荷重外挿誤差を制御する、一括荷重および連続極限への外挿を実施する。
• 実験的レプトン崩壊率と計算された fP 値を用い、高精度で CKM 行列要素を抽出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 細かい格子上の高精度な相対論的クォーク作用（HISQ）を用いることで、D 及び Ds 崩壊定数の不確かさを 2% 未塔に達成できるか？
• RQ2 チャームクォーク質量を ηc 質量に合わせた場合、格子 QCD 計算は D、Ds、ηc メソンの実験的質量を再現できるか？
• RQ3 計算された崩壊定数 fD 及び fDs は実験的レプトン崩壊率とどの程度一致するか。また、CKM 行列要素に対してどの程度の精度が達成できるか？
• RQ4 格子計算は Ds と D メソン間、および Bs と B メソン間の結合エネルギー差をどの程度正確に再現できるか？
• RQ5 チャイral 増大理論の予測を検証するのに十分な精度で fDs/fD の比を計算できるか？

主な発見

• fD 及び fDs の両方において、総不確かさが約 2% に達し、以前の格子結果と比較して3倍の精度向上を達成した。
• 計算された fD = 208(4) MeV および fDs = 241(3) MeV は、実験的測定値およびユニタリティ制約と非常に良好に一致している。
• 比 fDs/fD = 1.162(9) は、以前の格子結果と比較して4〜5倍の精度であり、チャイral 増大理論の予測と一致している。
• 二重比 (fDs/fD)/(fK/fπ) = 0.977(10) は、チャイral 増大理論の予測である「1に近い」ものと一致している。
• 結合エネルギー差 (2mDs − mηc)/(2mD − mηc) = 1.249(14) は、実験的値 1.260(2) と一致しており、正しく再現されている。
• 実験的分岐比と計算された fDs 及び fD を用い、本稿では Vcs = 1.07(1)(7) を決定した。これは PDG 値の 0.96(9) よりも精度が向上している。