[論文レビュー] The f_{D_s} Puzzle

Andreas S. Kronfeld|arXiv (Cornell University)|Dec 2, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 61被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、D_s → lνのブランチング比の実験的測定値と標準模型予測との間の2σの不一致を調査しており、主に格子QCDを用いた衰え定数f_{D_s}の計算に起因する。実験データと格子手法のレビューを通じ、持続的な乖離が新しい物理を示唆する可能性があり、その異常を説明できる理論的モデルの検討も行われている。

ABSTRACT

Recent measurements of the branching fraction for D_s -> l nu disagree with the Standard Model by around 2sigma. In this case the key aspect of the Standard Model is the calculation of the decay constant, f_{D_s}, with lattice QCD. This talk surveys the experimental measurements, and explains how the lattice QCD calculations are done. Should the discrepancy strengthen again (it was earlier 3.8sigma), it would be a signal of new physics. Models that could explain such an effect are also discussed.

研究の動機と目的

• D_s → lνのブランチング比に関する実験的測定値と標準模型予測との間の増大する不一致を検討すること。
• 標準模型における崩壊率計算の主要な入力としての衰え定数f_{D_s}の役割をレビューすること。
• f_{D_s}の格子QCD計算の手法と現在の状態を説明すること。
• 観測された2σの緊張が、標準模型を超える新しい物理を示唆する可能性があるかどうかを評価すること。
• 不一致が持続するか強まる場合に、f_{D_s}のパズルを解消できる理論的モデルを議論すること。

提案手法

• 高精度のハドロン衝突型実験およびBファクトリー実験による、D_s → lνのブランチング比の最近の実験的測定値の分析。
• 格子上での摂動論的でない方法で衰え定数f_{D_s}を計算するために用いられる格子QCD技術のレビュー。
• 格子QCDの結果と実験データを比較し、観測された緊張を定量化すること。
• 統計的有意性の評価（現在のところ約2σ）、歴史的文脈（例：以前の3.8σの緊張）を含む。
• 標準模型を超える理論的モデルの探求が、予測値よりも大きなf_{D_s}を説明できるかどうか。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D_s → lνの実験的測定値と標準模型予測との間の現在の一致度はどの程度か？
• RQ2 格子QCD計算はf_{D_s}をどの程度正確に決定できるのか、そしてその系統的不確実性は何か？
• RQ3 観測されたf_{D_s}の2σの不一致が新しい物理の兆候である可能性があるのか、それを確認するために何が必要か？
• RQ4 緊張が持続的または増大する場合、標準模型を超える物理にどのような影響があるか？
• RQ5 どの新しい物理モデルが、予想よりも大きなf_{D_s}値を自然に説明できるか？

主な発見

• 最近のD_s → lνのブランチング比に関する実験的測定値は、標準模型予測から約2σのずれを示している。
• 緊張の主な原因は、衰え定数f_{D_s}の理論的計算にあり、これは格子QCDを用いて決定されている。
• f_{D_s}の格子QCD計算は現在、高い精度に達しているが、不一致は系統的問題の可能性や新しい物理の兆候を示唆している。
• もし緊張が3σ以上に強まるならば、標準模型を超える物理の明確な兆候となるだろう。
• いくつかの標準模型を超える理論的モデルが、観測されたf_{D_s}の異常を説明できると提案されている。