[논문 리뷰] Recent results on fully leptonic and semileptonic charm decays

J. Wiss|ArXiv.org|2006. 05. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 CLEO-c, BaBar, 및 FOCUS에서의 측정을 바탕으로, 반선택적 및 완전하게 렙톤성 디케이의 고정밀 측정을 제시한다. 브랜치 비율, 형상 인자, 붕괴 상수를 중심으로 하며, 실험 결과와 격자 QCD 예측 간의 일관성을 확인한다. 특히 $f_D$ 및 $f_{D_s}$에 대해 일관성을 보이며, 향후 B-메손 붕괴에 대한 LQCD 기법의 유효성을 검증하는 비모수적 형상 인자 측정을 최초로 수행한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 세미선택적 브랜치 비율을 고정밀도로 측정하기 위해 $\psi(3770)$-임계값 데이터를 사용한다.
• 완전하게 렙톤성 붕괴 $D^+ \to \mu^+ \nu$ 및 $D_s^+ \to \mu^+ \nu$를 통해 $D^+$ 및 $D_s^+$ 붕괴 상수를 결정한다.
• $D^0 \to K^- \ell^+ \nu$에서의 $q^2$-의존 형상 인자 $f_+(q^2)$에 대한 비모수적 측정을 수행하여 격자 QCD 예측을 검증한다.
• $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$에서 비공명성 $s$-파 기여 및 고차 부분파($d$-, $f$-파) 존재 여부를 조사한다.
• 비모수적 형상 인자 분석을 통한 비교를 통해 벡터 $\ell^+ \nu$ 붕괴에서 스펙트로스코픽 극점 우세성의 타당성을 평가한다.

제안 방법

• 운동량 및 에너지의 누락을 재구성함으로써 $\psi(3770)$-임계값 데이터에서 절대 세미선택적 붕괴 브랜치 비율을 측정한다.
• $D \to \pi^- \ell^+ \nu$ 신호를 분리하고 $K^- \to \pi^-$ 오분류 배경을 억제하기 위해 $U \equiv E_{\text{miss}} - c|\vec{P}_{\text{miss}}|$ 변수를 적용한다.
• 200 MeV/c 이하의 전자 운동량 스펙트럼을 ISGW2 형상 인자 및 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 외삽함으로써 포함형 세미선택적 붕괴 브랜치 비율 측정을 수행한다.
• 형상 인자 형태에 대한 파rametric 가정 없이, $D^0 \to K^- \ell^+ \nu$ 데이터를 비모수적 피팅하여 $f_+(q^2)$를 측정한다.
• 벡터 공명체와의 간섭 항을 통해 $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$의 각도 분포를 분석함으로써 $s$-파, $d$-파, $f$-파 기여 여부를 탐색한다.
• $s$-파 간섭 패tern을 FOCUS 데이터와 비교하고, 벡터 $\ell^+ \nu$ 붕괴에서 극점 우세성 모델의 일관성을 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 세미선택적 붕괴 브랜치 비율 $D^0$ 및 $D^+$의 절대값은 얼마이며, 알려진 독립 모드의 합과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 완전하게 렙톤성 붕괴를 통해 $D^+$ 및 $D_s^+$ 붕괴 상수의 정밀 측정치는 무엇이며, 격자 QCD 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 $D^0 \to K^- \ell^+ \nu$에서의 $q^2$-의존 형상 인자는 격자 QCD 계산 및 파라미터 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$에서 비공명성 $s$-파 기여가 존재하는가? 그 위상 행동은 FOCUS 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$에서 고차 부분파($d$-, $f$-파)가 존재하는가? 이들은 벡터 공명체 기여와 어떻게 구별되는가?

주요 결과

• 포함형 세미선택적 붕괴 브랜치 비율 $D^0 \to X e^+ \nu$는 $6.46 \pm 0.17 \pm 0.13\%$로 측정되었으며, 알려진 독립 모드의 합은 $6.1 \pm 0.2 \pm 0.2\%$를 차지하여 거의 포화 상태임을 시사한다.
• 포함형 붕괴 브랜치 비율 $D^+ \to X e^+ \nu$는 $16.13 \pm 0.20 \pm 0.33\%$이며, 독립 모드의 합은 $15.1 \pm 0.5 \pm 0.5\%$를 차지하여 예상과 일치한다.
• 세미선택적 붕괴 폭 비율 $\Gamma_{D^+}^{SL}/\Gamma_{D^0}^{SL} = 0.985 \pm 0.028 \pm 0.015$는 동일한 붕괴 폭을 예상하는 것과 일치한다.
• $D^+ \to \mu^+ \nu$ 붕괴 브랜치 비율은 $f_D = 195 \pm 15 \pm 15$ MeV로 측정되었으며, 격자 QCD 예측과 일치하며, BaBar의 $f_{D_s} = 237 \pm 10 \pm 10$ MeV와도 일치한다.
• 비모수적 형상 인자 측정은 $D^0 \to K^- \ell^+ \nu$에서 격자 QCD 및 이전의 파라미터 모델과 양호한 일치를 보였으며, 한 가지 초보적 측정치는 상당히 다른 형태 인자 $\alpha$를 보였다.
• $D^+ \to K^- \pi^+ \ell^+ \nu$에서의 $s$-파 간섭 항은 FOCUS 관측과 일치하며, $\bar{K}^{*0}$ 극점 이하에서는 강하게 증폭되고 그 이상에서는 사라지는 경향을 보여, 비공명성 $s$-파 기여의 존재를 확인한다.