[論文レビュー] Neutral $B$ mixing from 2+1 flavor lattice-QCD: the Standard Model and beyond

Chris Bouchard, E. D. Freeland+6 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用数 26

ひとこと要約

本稿では、標準模型およびその先の物理学における中性B中間子混合に関連する5つの次元6、ΔB=2の4クォーク演算子のハドロン行列要素について、初めての非閉形式な格子QCD計算を提示する。2+1フレーバーの動的フェルミオンを用いて、既存の結果と同等の精度を達成し、標準模型を越えた行列要素について初めての完全な誤差予算を提供する。また、bクォーク質量スケールにおける連続極限での袋パラメータの予備結果も得られている。

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.

研究の動機と目的

• 2+1動的クォークを用いた非閉形式な格子QCDを用いて、中性B中間子混合におけるΔB=2の4クォーク演算子の正確なハドロン行列要素を計算すること。
• B中間子混合における標準模型を越えた行列要素について、初めての完全な誤差予算を提供し、長年の格子計算における空白を埋めること。
• ハドロン行列要素の不確実性を低減することで、CKM行列要素の制約の精度を向上させること。
• 更新された非閉形式な行列要素を提供することで、より正確なニューフレーバー物理学のグローバルフィットを可能にすること。
• B中間子混合の文脈において、ルート付きステガードフェルミオンとクリスタル的連続極限補正技術の使用を検証すること。

提案手法

• MILCおよびFermilab Latticeのアンサンブルを用いて、2+1フレーバーの動的クォーク（上、下、 strange）を含む格子QCDシミュレーションを実施する。
• 改善されたアクションを用いたルート付きステガードフェルミオンを用い、軽いクォークおよび重いクォーク（bクォークを物理的質量で含む）をシミュレートする。
• 複数の格子間隔（a ≈ 0.09、0.06、および 0.045 fm）を用いて、離散化誤差を制御する。
• ルート付きステガードクリスタル摂動論（sChPT）を用いて、同時にクリスタル的および連続極限補正を行う。
• 外部のB中間子状態を伴う相関関数を用いて、5つの次元6、ΔB=2の4クォーク演算子の行列要素を計算する。
• 1ループ摂動的マッチング係数と消える演算子スキーム（BBGLN、BJU）を用い、格子結果をbクォーク質量スケールにおける$ar{\rm MS}$-NDRスキームに変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性B中間子混合における5つの独立したΔB=2の4クォーク演算子のハドロン行列要素の正確な値は何か？
• RQ2 これらの行列要素の不確実性は、特に標準模型およびその先の物理学の状況において、既存の出版結果と比較してどうなっているか？
• RQ3 2+1動的クォークを用いた非閉形式な格子QCDは、以前の閉形式または部分的閉形式計算と比較して、B中間子混合行列要素において競争力のある精度に達することができるか？
• RQ4 格子間隔、クリスタル的補正、および正規化スキームが最終的な行列要素の結果に与える影響は何か？
• RQ5 袋パラメータ$B_{B_q}^{(i)}$の結果は、フレーバー変換中性荷重のニューフレーバー物理学の制約にどのように寄与するか？

主な発見

• 本計算では、標準模型を越えた物理学モデルに不可欠な$\mathcal{O}_4$および$\mathcal{O}_5$の行列要素について、初めての非閉形式な格子QCD結果を提示する。
• Bd⁰に対して$f_{B_q}^2 B_{B_q}^{(1)}$の予備結果は0.0411(75) GeV²、Bs⁰に対しては0.0559(68) GeV²であり、既存の標準模型結果と同等の誤差を示す。
• $\mathcal{O}_3$については、クリスタル的補正と演算子混合の困難さにより、最大約11%の不確実性を示す。
• $\langle \mathcal{O}_5 \rangle$の行列要素は、Bd⁰に対して0.127(15) GeV²、Bs⁰に対して0.178(20) GeV²を示し、BSM物理学に大きな影響を与える。
• 結果は、m_bスケールにおける$ar{\rm MS}$-NDRスキームで提供され、$\mathcal{O}_2$および$\mathcal{O}_3$の消える演算子スキーム（BBGLN/BJU）を一貫して取り扱っている。
• 離散化誤差およびマッチング誤差は、a ≈ 0.09 fmのデータに基づくが、より細かい格子（a ≈ 0.06および0.045 fm）を含めることで減少すると予想される。