[論文レビュー] Study of Dynamics of $D^0 o K^- e^+ u_{e}$ and $D^0 o\pi^- e^+ u_{e}$ Decays

F. De Mori, М. Н. Ачасов+400 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、3.773 GeVにおけるBESIII実験の2.92 fb$^{-1}$のデータを用いて、半レプトン的崩壊$D^0 \to K^- e^+ \bar{\nu}_e$および$D^0 \to \pi^- e^+ \bar{\nu}_e$の測定が、これまでで最も精度の高いものとなった。$f_+^K(0)|V_{cs}| = 0.7172 \pm 0.0025 \pm 0.0035$および$f_+^\pi(0)|V_{cd}| = 0.1435 \pm 0.0018 \pm 0.0009$の測定がなされ、CKM行列要素および形式因子の精度が向上し、格子QCDと光線和則（LCSR）の検証が可能となった。

ABSTRACT

In an analysis of a 2.92~fb$^{-1}$ data sample taken at 3.773~GeV with the BESIII detector operated at the BEPCII collider, we measure the absolute decay branching fractions to be $\\mathcal B(D^0 \ o K^-e^+\ u_e)=(3.505\\pm 0.014 \\pm 0.033)\\%$ and $\\mathcal B(D^0 \ o \\pi^-e^+\ u_e)=(0.295\\pm 0.004\\pm 0.003)\\%$. From a study of the differential decay rates we obtain the products of hadronic form factor and the magnitude of the CKM matrix element $f_{+}^K(0)|V_{cs}|=0.7172\\pm0.0025\\pm 0.0035$ and $f_{+}^{\\pi}(0)|V_{cd}|=0.1435\\pm0.0018\\pm 0.0009$. Combining these products with the values of $|V_{cs(d)}|$ from the SM constraint fit, we extract the hadronic form factors $f^K_+(0) = 0.7368\\pm0.0026\\pm 0.0036$ and $f^\\pi_+(0) = 0.6372\\pm0.0080\\pm 0.0044$, and their ratio $f_+^{\\pi}(0)/f_+^{K}(0)=0.8649\\pm 0.0112\\pm 0.0073$. These form factors and their ratio are used to test unquenched Lattice QCD calculations of the form factors and a light cone sum rule (LCSR) calculation of their ratio. The measured value of $f_+^{K(\\pi)}(0) |V_{cs(d)}|$ and the lattice QCD value for $f^{K(\\pi)}_+(0)$ are used to extract values of the CKM matrix elements of $|V_{cs}|=0.9601 \\pm 0.0033 \\pm 0.0047 \\pm 0.0239$ and $|V_{cd}|=0.2155 \\pm 0.0027 \\pm 0.0014 \\pm 0.0094$, where the third errors are due to the uncertainties in lattice QCD calculations of the form factors. Using the LCSR value for $f_+^\\pi(0)/f_+^K(0)$, we determine the ratio $|V_{cd}|/|V_{cs}|=0.238\\pm 0.004\\pm 0.002\\pm 0.011$, where the third error is from the uncertainty in the LCSR normalization. In addition, we measure form factor parameters for three different theoretical models that describe the weak hadronic charged currents for these two semileptonic decays. All of these measurements are the most precise to date.

研究の動機と目的

• 大規模なデータサンプルを用いて、$D^0 \to K^-e^+\bar{\nu}_e$および$D^0 \to \pi^-e^+\bar{\nu}_e$崩壊の絶対的分岐比を高精度で測定すること。
• 微分崩壊率解析を用いて、ハドロン形式因子とCKM行列要素の積$ f_+^K(0)|V_{cs}| $および$ f_+^\pi(0)|V_{cd}| $を決定すること。
• 測定された形式因子の積と格子QCD計算を組み合わせることで、CKM行列要素$|V_{cs}|$および$|V_{cd}|$の絶対値を抽出すること。
• 測定データを用いて、非除雑格子QCDと光線和則（LCSR）の形式因子およびその比の予測を検証すること。
• これらの半レプトン的崩壊における弱いハドロンチャージカレントを記述する理論的モデルのための、最も精度の高い形式因子パラメータを提供すること。

提案手法

• BEPCIIにおけるBESIII検出器で、$\sqrt{s} = 3.773$ GeVで取得された2.92 fb$^{-1}$のデータの解析。
• 完全に再構成された$D^0$崩壊の$K^-e^+\bar{\nu}_e$および$\pi^-e^+\bar{\nu}_e$最終状態を用いた絶対的分岐比の測定。
• 分岐比の測定値を制約として、微分崩壊率のフィッティングにより$ f_+^K(0)|V_{cs}| $および$ f_+^\pi(0)|V_{cd}| $を抽出すること。
• 測定された形式因子の積と格子QCDの結果を組み合わせることで、$ f_+^K(0) $および$ f_+^\pi(0) $を抽出し、$|V_{cs}|$および$|V_{cd}|$を決定すること。
• 光線和則（LCSR）による形式因子比$ f_+^\pi(0)/f_+^K(0) $の予測を用いて、$|V_{cd}|/|V_{cs}|$を不確かさの伝播を伴って抽出すること。
• 半レプトン的$D^0$崩壊における弱いハドロンカレントを記述する3つの理論的モデルに形式因子パラメータをフィッティングすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^0 \to K^-e^+\bar{\nu}_e$ の絶対的分岐比の最も精度の高い測定値は何か？
• RQ2 微分崩壊率解析から得られる$ f_+^K(0)|V_{cs}| $の最も精度の高い決定値は何か？
• RQ3 測定された$ f_+^K(0) $および$ f_+^\pi(0) $の値は、非除雑格子QCD計算とどのように比較されるか？
• RQ4 測定された$ f_+^K(0)|V_{cs}| $と格子QCD形式因子予測を組み合わせたとき、$|V_{cs}|$の抽出値は何か？
• RQ5 LCSRによる形式因子比の予測を用いて抽出された$|V_{cd}|/|V_{cs}|$比の精度はどの程度か？

主な発見

• $D^0 \to K^-e^+\bar{\nu}_e$ の絶対的分岐比は$\mathcal{B} = (3.505 \pm 0.014 \pm 0.033)\%$ と測定された。
• $D^0 \to \pi^-e^+\bar{\nu}_e$ の絶対的分岐比は$\mathcal{B} = (0.295 \pm 0.004 \pm 0.003)\%$ と測定された。
• 積$ f_+^K(0)|V_{cs}| $は$0.7172 \pm 0.0025 \pm 0.0035$ と決定された。
• 積$ f_+^\pi(0)|V_{cd}| $は$0.1435 \pm 0.0018 \pm 0.0009$ と決定された。
• 格子QCD入力を用いて、ハドロン形式因子$ f_+^K(0) $は$0.7368 \pm 0.0026 \pm 0.0036$ と抽出された。
• 格子QCD入力を用いて、ハドロン形式因子$ f_+^\pi(0) $は$0.6372 \pm 0.0080 \pm 0.0044$ と抽出された。