[論文レビュー] The D to K and D to pi semileptonic decay form factors from Lattice QCD

the HPQCD Collaboration, J. Koponen+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

このラティスQCD研究では、MILC Nf=2+1 ラティスと高精度なステガーダムクォーク（HISQ）作用法を用いて、D→KおよびD→πの半レプトン的崩壊の形因子を高い統計的精度で計算した。主な発見は、形因子がそばがらクォークにほとんど依存しないことであり、D→KとDs→ηsの形因子は本質的に同一である。これはB/Bs系でも同様の振る舞いを示し、B中間子崩壊におけるそばがら依存性のない形因子の使用を支持する。

ABSTRACT

We present a new and very high statistics study of D and D_s semileptonic decay form factors on the lattice. We work with MILC N_f=2+1 lattices and use the Highly Improved Staggered Action (HISQ) for both the charm and the light valence quarks. We use both scalar and vector currents to determine the form factors f_0(q^2) and f_+(q^2) for a range of D and D_s form factors including those for D to pi and D to K semileptonic decays. By using a phased boundary condition we are able to tune accurately to q^2=0. We also compare the shape in q^2 to that from experiment. We show that the form factors are very insensitive to the spectator quark: D to K and D_s to eta_s form factors are essentially the same, and the same is true for D to pi and D_s to K. This has important implications when considering the corresponding B/B_s processes.

研究の動機と目的

• ラティスQCDを用いて、D→KおよびD→πの半レプトン的崩壊の形因子を高い統計的精度で計算すること。
• DおよびDs崩壊における形因子のそばがらクォーク依存性を調査すること。
• 形因子フィッティングに用いるz-展開および連続体外挿しの妥当性を検証すること。
• ラティス計算結果を実験データおよび過去のラティス研究と比較すること。
• 特に、そばがらクォークに依存しない形因子の性質がBおよびBs半レプトン的崩壊に与える影響を評価すること。

提案手法

• charmおよび軽いバリオンクォークの両方のクォークに、MILC Nf=2+1 ラティス・エンsemblesと高精度ステガーダムクォーク（HISQ）作用法を用いる。
• q² = 0にチューニングし、1回の計算で複数のq²値にアクセスするために、ねじれ境界条件を採用する。
• 2点関数および3点関数を同時にフィットすることで、スカラーおよびベクトル3点関数からf₀(q²)およびf₊(q²)の形因子を抽出する。
• 極を除去し、z⁴までのzのべき級数を用いた連続体外挿しを実行するために、z-展開を適用する。
• 対称的ベクトルカレントおよびスカラーカレントを用いて、正規化因子Zを決定し、異なるメソン系間で一貫性を確保する。
• 速度の法則のチェック、運動量依存性、対称的スカラーカレントの一貫性のテストを実施し、手法の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D→KおよびD→πの半レプトン的形因子は、そばがらクォークにどのように依存するか？
• RQ2 f₀(q²)およびf₊(q²)のラティス計算結果は、CLEOの実験データとどの程度一致するか？
• RQ3 z-展開は、形因子のq²依存性を正確に記述でき、信頼性のある連続体外挿しを可能にするか？
• RQ4 バリオンクォークの質量や格子間隔の選択に、形因子はどの程度敏感か？
• RQ5 そばがら独立性の結果が、BおよびBs半レプトン的崩壊に与える影響は何か？

主な発見

• D→KおよびDs→ηs崩壊の形因子f₀およびf₊は、誤差の範囲で区別できないため、そばがらクォークに依存しないことが示された。
• 同様に、D→πおよびDs→Kの形因子も同一の形状を示し、そばがらクォークへの同様の不感度を確認した。
• f₀(0)およびf₊(q²)のq²依存性の形は、CLEOの実験データとよく一致しており、ラティス手法の妥当性が裏付けられた。
• z-展開フィットでは、格子間隔依存性が小さく、連続体外挿しが安定で良好な振る舞いを示した。
• 1リンクのベクトルカレントの正規化因子Zは、異なるメソンおよび運動量で一貫しており、カレント正規化の信頼性が確認された。
• 対称的スカラーカレントのテストにより、正しいチラル性が確認され、⟨H|S|H⟩(q²=0)がクォーク質量に関する質量二乗の微分として期待される値と一致した。