Direct lattice QCD simulation of bottom quarks for search for new physics

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現在の素粒子標準理論を超える「新物理」を探索し、それを内包する新しい基礎理論を構築することは素粒子物理学の最重要課題の一つである。B中間子の多彩なセミレプトニック崩壊は、新物理の有望なプローブと期待されている。しかし、その一方で、終状態を指定するエクスクルーシブ崩壊と指定しないインクルーシブ崩壊から決定した小林・益川行列要素|Vub|、|Vcb|が有意にずれており、理論の不定性が十分に理解されていないことを示唆している。そこで、本研究では、理論計算の最大の不定性の源であり、量子色力（QCD）の非摂動効果を記述するハドロン行列要素を格子QCDの数値シミュレーションによって高精度で計算することを目指している。当該年度は、小林・益川行列要素|Vcb|の決定を与えるB→D*lν崩壊に注目し、ハドロン行列要素を記述する形状因子を計算した。現在の計算機性能では、離散化誤差を十分小さく抑えつつ現実世界のボトムクォーク質量でシミュレーションを行うことは難しいが、カイラル対称性を保つ理想的な定式化を用いることによって系統誤差を削減し、高性能な富岳コンピュータを用いて高統計精度を達成することにより、形状因子を現在の実験精度に見合う数%以下の精度で決定した。実験データとの比較によって決定した|Vcb|は従来の値と一致しており、また、並行して進んでいるインクルーシブ崩壊のシミュレーションはエクスクルーシブ崩壊の結果とよく整合している。このため|Vcb|のずれは、ハドロン行列要素の不定性よりも、実験データとの比較による|Vcb|の決定方法の系統誤差が原因である可能性が高く、勉強会などの開催して現象論や実験研究者との情報交換を進めている。また、より多くのB中間子崩壊で新物理探索を行うため、B中間子混合の研究を国際協力により開始した。