[論文レビュー] Semileptonic decays $B ightarrow D^{(*)}l u$ at nonzero recoil

Si-Wei Qiu, Carleton DeTar+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、0.045 fmまで細かい格子間隔と奇妙クォーク質量の1/20にまで低い軽クォーク質量を有する(2+1)フラバーasqtadエンsemblesを用いて、非零の運動量のもとでの半レプトン的 $B \to D\ell\nu$ および $B \to D^*\ell\nu$ 衰変の形因子を計算した。解析により $|V_{cb}| = 0.0385(19)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$ が得られ、ゼロ運動量領域での状態空間の抑制を避けることで理論的不確かさが低減され、従来の外挿法に比べて精度が向上した。

ABSTRACT

We have analyzed the semileptonic decays $B\ ightarrow D\\ell\ u$ and $B\ ightarrow D^*\\ell\ u$ on the full suite of MILC (2+1)-flavor asqtad ensembles with lattice spacings as small as 0.045 fm and light-to-strange-quark mass ratios as low as 1/20. We use the Fermilab interpretation of the clover action for heavy valence quarks and the asqtad action for light valence quarks. We compute the hadronic form factors for $B\ ightarrow D$ at both zero and nonzero recoil and for $B\ ightarrow D^*$ at zero recoil. We report our results for $|V_{cb}|$.

研究の動機と目的

• 実験的および理論的誤差が最小限に抑える非零運動量領域における $B \to D\ell\nu$ の形因子を計算することで、$|V_{cb}|$ の理論的不確かさを低減すること。
• 非零運動量領域における $B \to D\ell\nu$ 衰変の状態空間の抑制を回避することで、$|V_{cb}|$ の決定精度を向上させること。
• 物理的軽クォーク質量を有する高統計、細かい格子間隔のエンsemblesを用いることで、ヘッジ的外挿誤差を最小限に抑えること。
• ラティス形因子と実験データをグローバルフィットに組み合わせ、系統的誤差を低減した $|V_{cb}|$ を抽出すること。
• $B \to D^*\ell\nu$ の結果と比較することで手法を検証し、包含的 $|V_{cb}|$ 決定と一貫性があるかを評価すること。

提案手法

• 0.045 fm から 0.15 fm の格子間隔、$m_{\text{sea}}/m_s = 1/20$ まで低い軽クォーク質量を有する14個の(2+1)フラバーasqtadエンsemblesを用いたラティスQCDシミュレーション。
• ボトムおよび charm の外縁クォークに対してクローバー作用のFermilab解釈を採用し、軽外縁クォークにはasqtadフェルミオンを用いた。
• $w$ 全体にわたるデータに対するグローバルフィットを用いて、三点関数および二点関数からハドロン形因子 $h_+(w)$ と $h_-(w)$ を抽出した。
• ブラインド解析手順の採用：ベクトルカレントの正規化定数に秘密のブラインド要因を乗じ、最終的な $|V_{cb}|$ を計算した後にのみ解読した。
• チャイralおよび連続極限外挿のフィットを用いて物理的点への外挿を行い、統計誤差はジャックナイフ再サンプリングで伝搬させた。
• BaBarから得たラティス形因子と実験的 $\bar{\eta}_{\rm EW}|V_{cb}|{\cal G}(w)$ データのグローバルフィットを行い、誤差を平方和で結合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 改善されたラティスQCD形因子を用いて、非零運動量領域における $B \to D\ell\nu$ 衰変から $|V_{cb}|$ の値は何か？
• RQ2 非零運動量領域とゼロ運動量外挿法の両方における $|V_{cb}|$ の不確かさを比較するとどうなるか？
• RQ3 最終的な $|V_{cb}|$ の不確かさに、実験的誤差と理論的誤差のどちらがより大きな寄与をしているか？
• RQ4 非零運動量領域でのラティス結果 $|V_{cb}|$ は、包含的 $|V_{cb}| = 0.0424(9)$ の決定と、$B \to D^*\ell\nu$ の排他的結果とどのように一致するか？
• RQ5 世界平均のビン化された実験的形因子を用いることで、単一実験のフィットに比べてどの程度精度が向上するか？

主な発見

• ラティスQCD計算により $|V_{cb}| = 0.0385(19)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$ が得られ、最初の誤差は統計的および実験的・理論的系統的誤差を合わせたものである。
• 実験的系統的誤差が理論的誤差よりも全体の不確かさに大きく寄与しており、より大きな $w$ の領域での実験的制御の向上が精度向上に最も寄与することが示唆された。
• 非零運動量領域での結果の誤差は、ゼロ運動量外挿法の結果 $|V_{cb}| = 0.0393(22)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$ よりも25%小さい。
• $B \to D^*\ell\nu$ のゼロ運動量での形因子は ${\cal F}(1) = 0.906(4)_{\rm stat}(12)_{\rm sys}$ であり、$\bar{\eta}_{\rm EW}$ でスケーリングした世界平均と整合的であった。
• 排他的 $B \to D\ell\nu$ 結果は、包含的 $|V_{cb}| = 0.0424(9)$ と1.8σの不一致を示し、$B \to D^*\ell\nu$ 結果とはほぼ3σの不一致を示しており、$|V_{cb}|$ 決定における長年の矛盾を浮き彫りにした。
• 将来の改善は、世界平均のビン化された実験的形因子、より細かい格子、より良い作用、物理的質量のエンsemblesによるもので、チャイral外挿を完全に排除できると期待される。