[论文解读] D -> πl νand D -> K l νform factors with Nf=2+1+1 Twisted fermions

N. Carrasco, Paolo Lami+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 6

一句话总结

该格点QCD研究使用Nf=2+1+1的扭曲质量费米子，计算了D→πℓν和D→Kℓν衰变的矢量和标量形式因子，实现了最低π介子质量为210 MeV的连续极限外推。主要结果为f₊(D→π)(0) = 0.610(23)和f₊(D→K)(0) = 0.747(22)，结合实验数据后得到|Vcd| = 0.2336(93)和|Vcs| = 0.975(30)，在6%以内与CKM幺正性一致。

ABSTRACT

We present a lattice QCD determination of the vector and scalar form factors of the semileptonic decays D->πl νand D -> K l νwhich are relevant for the extraction of the CKM matrix elements |Vcd| and |Vcs| from experimental data. Our analysis is based on the gauge configurations produced by the European Twisted Mass Collaboration with Nf = 2+1+1 dynamical fermions. We simulated at three different values of the lattice spacing and with pion masses as small as 210 MeV. Our preliminary estimates for the vector form factor at zero 4-momentum transfer are f+(D -> π)(0) = 0.610 (23) and f+(D -> K)(0) = 0.747 (22), where the uncertainties are only statistical. By combining our results with the experimental values of f+(D -> π)(0) |Vcd| and f+(D -> K)(0) |Vcs| we obtain |Vcd| = 0.2336 (93) and |Vcs| = 0.975 (30), which together with the PDG determination of |Vcb| are in agreement with the unitarity constraint of the Standard Model.

研究动机与目标

• 使用具有Nf=2+1+1动力费米子的格点QCD，确定半轻子D→πℓν和D→Kℓν衰变的矢量和标量形式因子。
• 利用三个格点间距和最低210 MeV的π介子质量，实现受控的连续极限外推。
• 通过将格点形式因子与实验测量结果结合，提取CKM矩阵元|Vcd|和|Vcs|。
• 利用提取的|Vcd|、|Vcs|以及PDG给出的|Vcb|，检验CKM矩阵第二行的幺正性。

提出的方法

• 使用欧洲扭曲质量协作组（ETMC）的格点规范配置，其中包含Nf=2+1+1动力夸克，海夸克采用扭曲质量费米子，价夸克采用Osterwalder-Seiler作用量。
• 采用非周期性边界条件以覆盖夸克动量范围（150–650 MeV），从而实现q²从0到(MD−Mπ(K))²的覆盖。
• 通过计算包含矢量流的三点头相关函数来提取矩阵元，对插值场使用高斯抽样。
• 通过由Ward-Takahashi恒等式确定的ZV进行重正化，获得物理矩阵元。
• 利用初态和末态能量与动量的相对论性运动学关系，构建形式因子f₊(q²)和f₀(q²)。
• 对数据进行多通道拟合，同时在外推轻夸克质量ml、格点间距a²和q²时采用极形式并引入多项式修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在物理夸克质量下，D→πℓν和D→Kℓν衰变的矢量和标量形式因子f₊(q²)和f₀(q²)是多少？
• RQ2 使用Nf=2+1+1扭曲质量费米子时，形式因子如何外推至连续极限和物理π介子质量？
• RQ3 将格点形式因子与实验测量结果结合后，|Vcd|和|Vcs|的最终结果是什么？
• RQ4 所提取的CKM矩阵元在多大程度上满足标准模型的幺正性约束？

主要发现

• 零动量转移处的矢量形式因子为f₊(D→π)(0) = 0.610(23)，仅含统计不确定性。
• D→Kℓν衰变在零动量转移处的矢量形式因子为f₊(D→K)(0) = 0.747(22)，与FLAG平均值良好一致。
• 将格点结果与实验数据结合后，得到|Vcd| = 0.2336(93)和|Vcs| = 0.975(30)，两者均含统计不确定性。
• 对CKM矩阵第二行的幺正性检验结果为|Vcd|² + |Vcs|² + |Vcb|² = 1.007(63)，在6%水平内与标准模型一致。
• 形式因子结果在q²全范围内与Belle、Babar和Cleo的实验数据良好一致。
• 连续极限和手征极限外推控制良好，采用三个格点间距，且π介子质量低至210 MeV。