[论文解读] The D to K and D to pi semileptonic decay form factors from Lattice QCD

the HPQCD Collaboration, J. Koponen+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本格量子色动力学（lattice QCD）研究使用MILC Nf=2+1格点和高度改进的阶梯夸克（HISQ）作用量，以高统计精度计算了D→K和D→π半轻衰变形式因子。关键发现是形式因子对价夸克几乎不敏感，D→K与Dₛ→ηₛ的形式因子基本相同，表明B/Bₛ系统中行为相似，支持在B介子衰变中使用与价夸克无关的形式因子。

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.

研究动机与目标

• 使用格点QCD高精度计算D→K和D→π半轻衰变形式因子。
• 研究D和Dₛ衰变中形式因子对价夸克的依赖性。
• 检验z展开和连续极限外推在形式因子拟合中的有效性。
• 将格点结果与实验数据及先前的格点研究进行比较。
• 评估价夸克无关性对B和Bₛ半轻衰变的启示。

提出的方法

• 使用MILC Nf=2+1格点组集，采用高度改进的阶梯夸克（HISQ）作用量处理底夸克和轻价夸克。
• 采用扭曲边界条件调节q²至零，并在单次计算中获取多个q²值。
• 通过同时拟合2-点和3-点函数，从标量和矢量3-点关联函数中提取形式因子f₀(q²)和f₊(q²)。
• 应用z展开以消除极点，并通过z的幂级数（最高至z⁴）实现连续极限外推。
• 使用对称矢量流和标量流确定归一化因子Z，确保不同介子系统间的一致性。
• 进行多项测试，包括光速检验、动量依赖性分析及对称标量流一致性检验，以验证方法可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 D→K和D→π半轻衰变形式因子如何依赖于价夸克？
• RQ2 格点结果中f₀(q²)和f₊(q²)在多大程度上与CLEO实验数据一致？
• RQ3 z展开能否准确描述形式因子的q²依赖性，并实现可靠的连续极限外推？
• RQ4 形式因子对价夸克质量及格点间距的选择有多敏感？
• RQ5 价夸克无关性对B和Bₛ半轻衰变有何启示？

主要发现

• D→K和Dₛ→ηₛ衰变的f₀和f₊形式因子在不确定度范围内无法区分，表明价夸克无关性。
• 同样，D→π和Dₛ→K形式因子形状完全一致，证实对价夸克的相同不敏感性。
• f₀(0)的格点结果及f₊(q²)的q²形状与CLEO实验数据高度一致，验证了格点方法的有效性。
• z展开拟合显示格点间距依赖性较小，连续极限外推稳定且行为良好。
• 1-链接矢量流的归一化因子Z在不同介子和动量下保持一致，证实了流归一化的可靠性。
• 对称标量流测试验证了正确的手征行为，⟨H|S|H⟩(q²=0)与质量平方对夸克质量的导数预期值一致。