[논문 리뷰] Semileptonic decays $B ightarrow D^{(*)}l u$ at nonzero recoil

Si-Wei Qiu, Carleton DeTar외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 격자 양자 chromodynamics 연구는 띠어진 재충돌 조건에서 $B \to D\ell\nu$ 및 $B \to D^*\ell\nu$ 붕괴 형상 인자들을 (2+1)-플레버 asqtad 격자 격자에서 계산한다. 격자 간격은 0.045 fm까지 작아지고 경량 쿼크 질량은 스트레인지 쿼크 질량의 1/20까지 낮아진다. 분석 결과 $|V_{cb}| = 0.0385(19)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$를 도출하였으며, 이는 영재충돌 영역의 위상공간 억제를 피하고 이전의 외삽 방법보다 정밀도를 향상시켜 이론적 불확실성을 감소시킨다.

ABSTRACT

We have analyzed the semileptonic decays $B\ ightarrow D\\ell\ u$ and $B\ ightarrow D^*\\ell\ u$ on the full suite of MILC (2+1)-flavor asqtad ensembles with lattice spacings as small as 0.045 fm and light-to-strange-quark mass ratios as low as 1/20. We use the Fermilab interpretation of the clover action for heavy valence quarks and the asqtad action for light valence quarks. We compute the hadronic form factors for $B\ ightarrow D$ at both zero and nonzero recoil and for $B\ ightarrow D^*$ at zero recoil. We report our results for $|V_{cb}|$.

연구 동기 및 목표

• 실험적 및 이론적 오차가 최소화되는 비영재충돌 조건에서 $B \to D\ell\nu$의 형상 인자를 계산하여 $|V_{cb}|$의 이론적 불확실성을 줄이기 위해.
• 영재충돌 근처의 위상공간 억제를 피하여 $B \to D\ell\nu$ 붕괴에서 $|V_{cb}|$의 정밀도를 향상시키기 위해.
• 물리적 경량 쿼크 질량을 가진 고통계, 미세 격자 간격 격자 격자들을 활용하여 카이랄 외삽 오차를 최소화하기 위해.
• 격자 형상 인자들과 실험 데이터를 종합적으로 분석하여 $|V_{cb}|$를 더 낮은 체계적 오차로 추출하기 위해.
• BaBar 실험 결과와 일치하는지 검증하고 포함형 $|V_{cb}|$ 결정과의 일관성을 평가하기 위해 $B \to D^*\ell\nu$ 결과와 비교하기 위해.

제안 방법

• 0.045 fm에서 0.15 fm까지의 격자 간격과 $m_{\text{sea}}/m_s = 1/20$까지 낮은 경량 쿼크 질량을 가진 14개의 (2+1)-플레버 asqtad 격자 격자에서의 격자 QCD 시뮬레이션.
• 바텀 및 초미세 쿼크의 성분에 대해 클로버 작용의 Fermilab 해석을 적용하고, 경량 성분 쿼크에는 asqtad 피에르미온을 사용.
• 전체 $w$ 범위에 걸쳐 데이터에 대한 글로벌 피팅을 통해 세점 및 이점 상관관계 함수에서 강입자 형상 인자 $h_+(w)$ 및 $h_-(w)$를 추출.
• 블라인드 분석 절차의 적용: 벡터 전류 정규화 상수는 비밀 블라인딩 인자로 곱해지고 최종 $|V_{cb}|$ 계산 후에만 공개됨.
• 카이랄 및 연속체 외삽 피팅을 통해 물리적 점으로의 외삽을 수행하고, 통계 오차는 재표본화를 통해 전파.
• BaBar 실험에서 확보한 랜드마크 $\bar{\eta}_{\rm EW}|V_{cb}|{\cal G}(w)$ 데이터와 격자 형상 인자를 종합적으로 분석하고, 오차는 제곱근 합으로 조합함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 개선된 격자 QCD 형상 인자를 사용하여 비영재충돌 조건에서 $B \to D\ell\nu$ 붕괴로부터 $|V_{cb}|$의 값은 무엇인가?
• RQ2 비영재충돌 조건과 영재충돌 외삽 방법 간의 $|V_{cb}|$ 불확실성은 어떻게 비교되는가?
• RQ3 최종 $|V_{cb}|$ 불확실성에서 실험적 체계적 오차와 이론적 체계적 오차 중 어느 것이 더 큰 기여를 하는가?
• RQ4 비영재충돌 조건에서의 격자 결과 $|V_{cb}|$는 포함형 $|V_{cb}|$ 결정과 $B \to D^*\ell\nu$의 독립형 결과와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 단일 실험 피팅 대비 세계 평균 빈도 실험 형상 인수를 사용할 경우 정밀도가 얼마나 향상되는가?

주요 결과

• 격자 QCD 계산 결과 $|V_{cb}| = 0.0385(19)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$를 도출하였으며, 첫 번째 오차는 실험 및 이론의 통계적 및 체계적 오차를 통합한 것이다.
• 실험적 체계적 오차가 총 불확실성에서 이론적 오차보다 더 큰 기여를 하므로, 더 큰 $w$ 영역에서 실험적 제어를 향상시키면 정밀도 향상에 가장 큰 기여가 될 것이다.
• 비영재충돌 조건에서의 결과는 영재충돌 외삽 방법의 결과보다 25% 더 작은 오차를 가진다. 영재충돌 외삽 방법의 결과는 $|V_{cb}| = 0.0393(22)_{\rm exp+lat}(2)_{\rm QED}$이다.
• $B \to D^*\ell\nu$의 영재충돌 조건에서의 형상 인수는 ${\cal F}(1) = 0.906(4)_{\rm stat}(12)_{\rm sys}$로 도출되었으며, $\bar{\eta}_{\rm EW}$로 스케일링한 후 세계 평균과 일치한다.
• 독립형 $B \to D\ell\nu$ 결과는 포함형 $|V_{cb}| = 0.0424(9)$와 1.8σ의 차이를 보이며, $B \to D^*\ell\nu$ 결과와 거의 3σ의 차이를 보여, $|V_{cb}|$ 결정 간의 지속적인 갈등을 드러낸다.
• 향후 세계 평균 빈도 실험 형상 인수, 더 미세한 격자, 개선된 작용, 물리적 질량 격자들을 통해 카이랄 외삽 오차를 제거할 수 있을 것으로 기대된다.