[논문 리뷰] Neutral $B$ mixing from 2+1 flavor lattice-QCD: the Standard Model and beyond

Chris Bouchard, E. D. Freeland외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 31인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 표준모형 및 그 이상의 중성 B-메손 혼합과 관련된 다섯 개의 차원-6, ΔB=2 사쿼크 연산자에 대한 처음으로 비구속 라티스 QCD 계산을 제시한다. 2+1 편성 동적 쿼크를 사용하여 기존 결과들과 경쟁 가능한 정밀도를 확보하고, 표준모형을 초월한 행위의 행렬원소에 대해 처음으로 전체 오차 예산을 제공한다. 또한 b-쿼크 질량 척도에서 연속극한에서의 백 파라미터에 대한 초보적 결과를 도출한다.

ABSTRACT

We report on the status of our lattice-QCD calculation of the hadronic contribution to $B_d^0$ and $B^0_s$ mixing, with 2+1 flavors of dynamical sea quarks. Preliminary results for hadronic mixing matrix elements are given for a basis of five four-quark, dimension-six, $ΔB=2$ mixing operators that spans the space of all possible hadronic mixing contributions in the Standard Model and beyond. At the intermediate stage of analysis reported on in this work, our errors are competitive with published Standard Model matrix element results. For beyond the Standard Model matrix elements, this is the first unquenched calculation and the first new lattice-QCD calculation in ten years.

연구 동기 및 목표

• 2+1 동적 쿼크를 사용한 비구속 라티스 QCD를 통해 중성 B-메손 혼합에서 ΔB=2 사쿼크 연산자에 대한 정밀한 강입자 행렬원소를 계산하기 위해.
• B-메손 혼합에서 표준모형을 초월한 행렬원소에 대해 처음으로 전체 오차 예산을 제공하여 라티스 계산에서 오랫동안 존재해온 격차를 메우기 위해.
• 강입자 행렬원소의 불확실성을 줄임으로써 CKM 행렬원소 제약 조건의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 업데이트된 비구속 행렬원소를 제공함으로써 더 정확한 글로벌 피팅을 통해 새로운 물리학의 풍미 물리학에서의 제약을 가능하게 하기 위해.
• B-메손 혼합의 맥락에서 뿌리내린 스테이거드 편성과 카이랄-연속극한 외삽 기법의 사용을 검증하기 위해.

제안 방법

• MILC 및 Fermilab Lattice 엔세임을 사용하여 2+1 동적 편성(상, 하, 끈)을 사용한 라티스 QCD 시뮬레이션을 수행한다.
• 개선된 동작을 사용한 뿌리내린 스테이거드 편성으로 경량 및 고역량 쿼크(물리적 질량의 b-쿼크 포함)를 시뮬레이션한다.
• 다양한 격자 간격(a ≈ 0.09, 0.06, 0.045 fm)에서 시뮬레이션을 수행하여 이산화 오차를 제어한다.
• 뿌리내린 스테이거드 카이랄-양자장론(스ChPT)을 적용하여 동시에 카이랄 외삽과 연속극한 외삽을 수행한다.
• 외부 B-메손 상태를 가진 상관 함수를 사용하여 다섯 개의 차원-6, ΔB=2 사쿼크 연산자의 행렬원소를 계산한다.
• 1계 반도체 매칭 계수와 퇴화 연산자 체계(BBGLN, BJU)를 사용하여 라티스 결과를 b-쿼크 질량 척도에서 $\bar{\rm MS}$-NDR 체계로 연결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B-메손 혼합에서 다섯 개의 독립된 ΔB=2 사쿼크 연산자에 대한 강입자 행렬원소의 정밀한 값은 무엇인가?
• RQ2 이 행렬원소의 불확실성은 기존에 발표된 결과들과 비교해 볼 때, 특히 표준모형 및 표준모형을 초월한 경우에 어떻게 다를까?
• RQ3 2+1 동적 쿼크를 사용한 비구속 라티스 QCD는 이전의 구속 또는 부분 구속 계산에 비해 B-메손 혼합 행렬원소의 정밀도를 경쟁 가능한 수준으로 달성할 수 있는가?
• RQ4 격자 간격, 카이랄 외삽, 그리고 규격화 체계가 최종 행렬원소 결과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 백 파라미터 $B_{B_q}^{(i)}$에 대한 결과는 풍미 변화 중성자류에서의 새로운 물리학 제약에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 이 계산은 표준모형을 초월한 새로운 물리 모델에 필수적인 $\mathcal{O}_4$ 및 $\mathcal{O}_5$ 연산자의 행렬원소에 대한 처음으로 비구속 라티스 QCD 결과를 제시한다.
• $f_{B_q}^2 B_{B_q}^{(1)}$에 대한 초보적 결과는 $B_d^0$의 경우 0.0411(75) GeV², $B_s^0$의 경우 0.0559(68) GeV²이며, 기존 표준모형 결과들과 경쟁 가능한 오차를 보인다.
• $\mathcal{O}_3$의 경우, 도전적인 카이랄 외삽과 연산자 혼합으로 인해 가장 큰 불확실성($\sim 11\%$)을 가진다.
• $\langle \mathcal{O}_5 \rangle$의 행렬원소는 $B_d^0$의 경우 0.127(15) GeV², $B_s^0$의 경우 0.178(20) GeV²를 기록하며, BSM 물리학에 중요한 영향을 미친다.
• 결과는 $m_b$ 척도에서 $\bar{\rm MS}$-NDR 체계에 제공되며, $\mathcal{O}_2$ 및 $\mathcal{O}_3$에 대해 퇴화 연산자 체계(BBGLN/BJU)를 일관되게 처리하였다.
• 이산화 오차 및 매칭 오차는 a ≈ 0.09 fm 데이터를 기반으로 하며, 더 미세한 격자들(a ≈ 0.06 및 0.045 fm)을 포함함으로써 감소할 것으로 예상된다.