[論文レビュー] Recent results on fully leptonic and semileptonic charm decays

J. Wiss|ArXiv.org|May 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、CLEO-c、BaBar、FOCUSから得られた半レプトン的および完全レプトン的charm崩壊の高精度測定を提示し、分岐率、フォーム因子、崩壊定数に焦点を当てる。実験結果とLattice QCD予測の整合性が確認され、特に$f_D$および$f_{D_s}$において高い一致を示し、非パrametricなフォーム因子測定を初めて実施することで、将来のB中間子崩壊におけるLQCD手法の妥当性が裏付けられる。

ABSTRACT

We begin with giving some motivation for the study of charm semileptonic and fully leptonic decays. We turn next to a discussion of semileptonic absolution branching fraction results form CLEO-c. Two exciting high statistics results on fully leptonic decays of the D+ -> mu+ nu and Ds+ -> mu+ nu from CLEO-c and BaBar are reviewed. We turn next to a discussion of recent results on charm meson decay to pseudo-scalar l nu decays from FOCUS, BaBar, and CLEO-c. We conclude with a review of charm meson decay into Vector l nu.

研究の動機と目的

• ψ(3770)-閾値データを用いて、$D^0$および$D^+$中間子の絶対的半レプトン的分岐率を高精度で測定すること。
• 完全レプトン的崩壊$D^+ \to \mu^+ \nu$および$D_s^+ \to \mu^+ \nu$を用いて、$D^+$および$D_s^+$の崩壊定数を決定すること。
• Lattice QCD予測の検証を目的として、$D^0 \to K^- \ell^+ \nu$における$q^2$依存のフォーム因子$f_+(q^2)$の非パラメトリック測定を実施すること。
• $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$における非共鳴状態の$s$-波寄与および高次部分波（$d$-波、$f$-波）の存在を調査すること。
• 非パラメトリックフォーム因子解析と比較することで、ベクトル$\ell^+ \nu$崩壊におけるスケーラー極支配の妥当性を評価すること。

提案手法

• CLEO-cが得たψ(3770)-閾値データを用い、欠落エネルギーおよび運動量の運動学的再構成により、絶対的半レプトン的分岐率を測定した。
• 信号の分離と$K^- \to \pi^-$誤識別背景の抑制を目的として、$U \equiv E_{\text{miss}} - c|\vec{P}_{\text{miss}}|$変数を適用した。
• 電子運動量スペクトルを200 MeV/c未満で外挿し、ISGW2フォーム因子とモンテカルロシミュレーションを用いて、包含的半レプトン的分岐率を測定した。
• パラメトリックなフォーム因子形状の仮定を避けるために、$D^0 \to K^- \ell^+ \nu$データを用いた非パラメトリックな$f_+(q^2)$フィットを実施した。
• ベクトル励起状態との干渉項を介して、$D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$の角度分布を解析し、$s$-波、$d$-波、$f$-波寄与の有無を調査した。
• $s$-波干渉パターンをFOCUSデータと比較し、ベクトル$\ell^+ \nu$崩壊における極支配モデルとの整合性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 絶対的半レプトン的分岐率$D^0$および$D^+$は何か？ また、既知の励起モードの合計分岐率と比較するとどうなるか？
• RQ2 完全レプトン的崩壊から得られる$D^+$および$D_s^+$の崩壊定数の高精度測定値は何か？ また、Lattice QCD予測と比較するとどうなるか？
• RQ3 D^0 \to K^- \ell^+ \nu$における$q^2$依存フォーム因子は、Lattice QCD計算およびパラメトリックモデルと一致するか？
• RQ4 非共鳴状態の$s$-波寄与は$D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$に存在する証拠があるか？ その位相挙動はFOCUSデータと一致するか？
• RQ5 高次部分波（$d$-波、$f$-波）は$D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$に存在するか？ また、ベクトル励起状態の寄与と区別できるか？

主な発見

• 包含的半レプトン的分岐率$D^0 \to X e^+ \nu$は$6.46 \pm 0.17 \pm 0.13\%$と測定され、既知の励起モードの合計が$6.1 \pm 0.2 \pm 0.2\%$を占めるため、ほぼ飽和していることが示された。
• 包含的分岐率$D^+ \to X e^+ \nu$は$16.13 \pm 0.20 \pm 0.33\%$であり、励起モードの合計が$15.1 \pm 0.5 \pm 0.5\%$を占めるため、期待値と整合的である。
• 半レプトン的幅比$\Gamma_{D^+}^{SL}/\Gamma_{D^0}^{SL} = 0.985 \pm 0.028 \pm 0.015$は、幅が等しいという予想と整合的である。
• $D^+ \to \mu^+ \nu$の分岐率から得られる$f_D = 195 \pm 15 \pm 15$ MeVは、Lattice QCD予測と一致し、BaBarの$f_{D_s} = 237 \pm 10 \pm 10$ MeVとも整合的である。
• 非パラメトリックなフォーム因子測定において、$D^0 \to K^- \ell^+ \nu$ではLattice QCDと初期のパラメトリックフィットと良好な一致を示したが、1つの予備測定では形状パラメータ$\alpha$が顕著に異なる値を示した。
• $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$における$s$-波干渉項は、FOCUSの観測と一致し、$\bar{K}^{*0}$極の下で強く増幅され、上では消えることから、非共鳴状態の$s$-波寄与の存在が確認された。