[논문 리뷰] The D to K and D to pi semileptonic decay form factors from Lattice QCD

the HPQCD Collaboration, J. Koponen외 6명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 격자 양분야역학 연구는 MILC Nf=2+1 격자와 고도로 개선된 스타거드 쿼크(HISQ) 작용을 사용하여 D → K 및 D → π 반레프톤 붕괴 형상 인자들을 높은 통계 정밀도로 계산한다. 주요 발견은 형상 인자가 시스템의 관찰자 쿼크에 거의 민감하지 않으며, D→K와 Ds→ηs의 형상 인자가 본질적으로 동일하다는 것이다. 이는 B/Bs 시스템에서도 유사한 거동를 보이며, B-메손 붕괴에서 관찰자 독립형 형상 인자를 사용하는 것이 타당하다는 것을 뒷받ány한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 격자 양분야역학을 사용하여 D→K 및 D→π 반레프톤 붕괴 형상 인자를 높은 통계 정밀도로 계산한다.
• D 및 Ds 붕괴에서 형상 인자가 관찰자 쿼크에 어떻게 의존하는지 조사한다.
• 형상 인자 피팅을 위한 z-전개 및 연속체 외삽의 타당성을 시험한다.
• 격자 결과를 실험 데이터 및 이전의 격자 연구와 비교한다.
• 특히 형상 인자가 관찰자 쿼크에 독립적인지에 대한 B 및 Bs 반레프톤 붕괴에 대한 함의를 평가한다.

제안 방법

• 고급 개선 스타거드 쿼크(HISQ) 작용을 사용하여 쿼크 및 경량 열린 쿼크의 양분야역학 격자 세트(MILC Nf=2+1)를 사용한다.
• 일관된 q² 값에 도달하기 위해 비틀린 경계 조건을 사용하여 q²를 0으로 조정하고 단일 계산에서 여러 q² 값을 접근한다.
• 2점 및 3점 함수의 동시에 피팅을 통해 스칼라 및 벡터 3점 상관 함수에서 f₀(q²) 및 f₊(q²) 형상 인자를 추출한다.
• 극점을 제거하고 연속체 외삽을 수행하기 위해 z⁴까지의 z 전개를 사용한다.
• 대칭 벡터 전류 및 스칼라 전류를 사용하여 재규격화 인자 Z를 결정함으로써 다양한 메손 시스템 간 일관성을 확보한다.
• 속도의 법칙 검증, 운동량 의존성, 대칭 스칼라 전류 일관성 검증을 포함한 테스트를 수행하여 방법의 타당성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 D→K 및 D→π 반레프톤 붕괴 형상 인자는 관찰자 쿼크에 어떻게 의존하는가?
• RQ2 f₀(q²) 및 f₊(q²)에 대한 격자 결과가 CLEO 실험 데이터와 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 z-전개는 형상 인자의 q² 의존성을 정확히 기술할 수 있으며, 신뢰할 수 있는 연속체 외삽을 가능하게 하는가?
• RQ4 형상 인자는 열린 쿼크 질량과 격자 간격의 선택에 얼마나 민감한가?
• RQ5 관찰자 독립성의 함의는 B 및 Bs 반레프톤 붕괴에 대해 어떤가?

주요 결과

• D→K 및 Ds→ηs 붕괴의 형상 인자 f₀ 및 f₊는 불확도 범위 내에서 구분되지 않으며, 관찰자 쿼크에 대한 독립성을 시사한다.
• 유사하게, D→π 및 Ds→K 붕괴의 형상 인자도 동일한 형태를 보이며, 관찰자 쿼크에 대한 동일한 민감도가 없음을 확인한다.
• f₀(0) 및 f₊(q²)의 q² 형태에 대한 격자 결과는 CLEO 실험 데이터와 잘 일치하며, 격자 접근법의 타당성을 검증한다.
• z-전개 피팅 결과에서 격자 간격 의존성이 작으며, 연속체 외삽은 안정적이고 잘 행동한다.
• 1-링크 벡터 전류의 재규격화 인자 Z는 다양한 메손 및 운동량에서 일관되며, 전류 재규격화의 신뢰성을 확인한다.
• 대칭 스칼라 전류 테스트는 올바른 카이랄 행동을 확인하였으며, ⟨H|S|H⟩(q²=0)가 쿼크 질량에 대한 질량 제곱의 도함수와 일치한다.