[論文レビュー] QCD Calculations of Decays of Heavy Flavor Hadrons

Matthias Neubert|ArXiv.org|Jan 4, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、重いフラバーhadronの崩壊におけるQCD計算の包括的レビューを提示し、包含的半レプトン的B崩壊を用いたCKM行列要素|V_ub|の高精度決定に焦点を当てている。モデルに依存しないbクォーク質量の抽出法を用いてB→X_c l νのモーメントから、高度な因子化定理を適用することで、長年の|V_ub| vs. sin 2βのパズルが解消され、最もクリーンなチャンネルから|V_ub| = (3.70 ± 0.15 ± 0.28)×10⁻³の一貫性のある値が得られた。これは、排他的崩壊測定と一致している。

ABSTRACT

Precision tests of the Standard Model and searches for New Physics in the quark flavor sector depend on accurate theoretical calculations of decay rates and spectra for rare, flavor-changing processes. The theoretical status and recent developments of techniques allowing such calculations are reviewed. Special attention is paid to the calculation of the B->Xs+gamma branching ratio, the extraction of the b-quark mass from a fit to B->Xc+l+nu moments, and the determination of |V(ub)| from spectra in the inclusive decay B->Xu+l+nu. From a reanalysis of different inclusive distributions the updated average value |V(ub)|=(3.98+-0.15+-0.30)*10^{-3} is derived. Using only the theoretically cleanest channels, we obtain |V(ub)|=(3.70+-0.15+-0.28)*10^{-3}.

研究の動機と目的

• Bメソン崩壊におけるまれでフラバーを変えうる過程の崩壊率およびスペクトルを計算する理論的精度を向上させること。
• 包含的および排他的な|V_ub|の決定の間にある長年の不一致を、現象論的モデルへの依存を最小限に抑えることで解消すること。
• B→X_c l ν崩壊スペクトルのモーメントからのみモデルに依存しない情報を使ってbクォーク質量を抽出すること。
• クリーンな運動学的カットに注目することで、包含的B→X_u l ν崩壊スペクトルからの|V_ub|の決定を理論的不確かさを最小限に抑えて行うこと。
• 包含的|V_ub|の決定を排他的崩壊結果およびユニタリティ三角形の角度βからの間接的値と一致させること。

提案手法

• 包含的B崩壊における短距離（摂動的）および長距離（非摂動的）寄与を分離するために因子化定理を用いる。
• 重いクォーク効果理論（HQET）および演算子積展開（OPE）を用いて崩壊率およびスペクトルの式を導出する。
• フラバーを変えうるニュートラルカレントを記述するために、有効弱ハミルトニアン形式（H_eff = ∑ C_i(μ) Q_i(μ)）を用いる。
• BLNPおよびGGOUフレームワークを用いて包含的崩壊率におけるQCD補正およびパワー補正を計算する。
• ジェット関数およびソフト関数の形式を用いて、高エネルギー過程におけるコラインアーおよびソフトな放射の記述を行う。
• B→X_c l νのモーメントからのみモデルに依存しないデータを用いたグローバルフィットを実行し、m_b^SF = (4.71 ± 0.06) GeVを抽出した。B→X_s γデータへの依存を避ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モデルに依存しない形状関数やB→X_s γデータに依存せずに、包含的B→X_c l νモーメントからbクォーク質量を抽出できるか？
• RQ2 B→X_u l ν崩壊における理論的不確かさは、運動学的カットの選択にどの程度依存するか？
• RQ3 なぜ包含的および排他的な|V_ub|の決定の間には長年の不一致が生じ続けてきたのか？そして、理論的制御を向上させることでこれを解消できるか？
• RQ4 パワー補正およびQCD効果は、包含的半レプトン的崩壊における|V_ub|の決定にどのように影響するか？
• RQ5 クリーンな運動学的カットから得られる包含的|V_ub|の値と、格子QCDまたはライトコンデンサールールからの排他的決定との間に整合性があるか？

主な発見

• 新しいbクォーク質量m_b^SF = (4.71 ± 0.06) GeVを用いることで、包含的B→X_u l ν崩壊からの|V_ub|の更新された平均値は(3.98 ± 0.15 ± 0.30)×10⁻³となった。
• 理論的に最もクリーンなチャンネル（例：M_XまたはP_+カット）のみを用いると、|V_ub|は(3.70 ± 0.15 ± 0.28)×10⁻³に決定され、以前の推定値よりも顕著に低くなった。
• 新しい|V_ub|の値により、ユニタリティ三角形の角度βからの間接的決定との長年の緊張が解消され、良好な一致が得られた。
• モデルに依存しない情報のみを用いてbクォーク質量を抽出することで理論的整合性が達成され、形状関数モデルへの依存が最小限に抑えられた。
• 包含的崩壊からの抽出された|V_ub|は、今や格子QCDやライトコンデンサールールからの排他的決定（(3.3–3.6)×10⁻³の範囲）と良好に一致している。
• 本研究は、包含的および排他的|V_ub|の結果を平均化することが理論的に正当であると結論づけ、HFAG協会による継続的な取り組みを推奨した。