京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第18789号 / 理博第4047号 / 新制||理||1582(附属図書館) / 31740 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 菅沼 秀夫, 教授 國廣 悌二, 教授 田中 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DGAM

権利表示を行うこと, 出典表示を行うこと, 出版社版へのリンクを表示すること / 京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第19488号 / 理博第4148号 / 新制||理||1596(附属図書館) / 32524 / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 大西 明, 准教授 菅沼 秀夫, 教授 田中 貴浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第20174号 / 理博第4259号 / 新制||理||1612(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 菅沼 秀夫, 教授 國廣 悌二, 教授 川合 光 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第24411号 / 理博第4910号 / 新制||理||1702(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 青木 慎也, 教授 大西 明, 教授 橋本 幸士 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第23697号 / 理博第4787号 / 新制||理||1685(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)教授 青木 慎也, 教授 大西 明, 教授 萩野 浩一 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

Les mésons lourd-légers jouent un rôle majeur dans la recherche de nouvelle physique au delà du modèle standard. En particulier, les propriétés du méson B sont utilisées pour contraindre la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) qui décrit les changements de saveur d’un quark lors d’une interaction faible.Les interactions entre quarks et gluons sont décrites par la théorie de l'interaction forte (QCD). Cette dernière prédit, qu'à faible énergie, le couplage de la théorie croît rendant tout traitement perturbatif impossible. La QCD sur réseau est une régularisation non-perturbative de la QCD adaptée aux simulations numériques. Néanmoins, l'étude des mésons lourd-légers est particulièrement délicate puisqu'elle nécessite la prise en compte de nombreuses échelles d'énergies. La théorie effective des quarks lourds (HQET) peut alors être utilisée : elle consiste en une expansion systématique du Lagrangien QCD et des fonctions de corrélation en puissance de 1/m où m est la masse du quark lourd.Après avoir présenté les outils de la QCD sur réseaux, un calcul de la masse du quark b avec nf=2 quarks dynamiques est présentée. Toutes les étapes sont réalisées de manière non-perturbative et le résultat est une importante vérification de la valeur actuellement citée par le PDG et qui repose essentiellement sur des calculs perturbatifs.Dans la seconde partie de la thèse, après avoir présenté les Lagrangiens décrivant les mésons lourd-légers dans la limite chirale, je présente le calcul de deux couplages. Le premier couplage est associé à la transition hadronique B* '→Bπ où B* 'est la première excitation radiale du méson B vecteur. Il est obtenue en étudiant le rapport de fonctions de corrélation à trois et deux points et le problème aux valeurs propres généralisées (GEVP) est utilisé pour isoler la contribution de l'état excité. Dans un second temps, le couplage h décrivant la transition entre des mésons B scalaire et pseudoscalaire est calculé. Ce couplage intervient dans les extrapolations chirales de différentes quantités, comme la constante de désintégration du méson B scalaire. Nous verrons que le couplage h est important et qu'il ne peux pas être négligé.Finalement, je présenterai nos résultats concernant le calcul de la masse et de la constant d'annihilation de la première excitation radiale du méson D. Je comparerai la masse obtenue avec celle du nouvel état récemment découvert par la Collaboration BaBar et j'expliquerai comment le calcul de la constante d'annihilation peut aider dans la résolution du problème "1/2 vs. 3/2''. Tout au long de ce travail, le GEVP est utilisé pour réduire la contribution des états excités. De plus les extrapolations chirales et la limite du continue sont étudiées afin de tenir compte des différentes sources d'erreurs statistiques. / Heavy-light mesons play an important role in the search of new physics beyond the Standard Model. In particular B-mesons properties can be used to put constraints on the matrix elements of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mixing matrix governing flavour-changing weak decays.The dynamics of quarks and gluons are described by Quantum Chromodynamic (QCD). This theory predicts that, at low energies, the associated coupling constant increases, making the use of perturbative methods ineffective. Lattice QCD is a non-perturbative regularization scheme of QCD, suitable for numerical simulations. However, studying heavy-light mesons remains a challenging task due to the many different energy scales that must be considered simultaneously on the lattice. In this work, I use the Heavy Quark Effective Theory (HQET), which consists in a systematic expansion of the QCD Lagrangian and correlation functions in 1/m where m is the mass of the heavy quark.After a presentation of the main techniques used in lattice simulations, a computation of the b-quark mass with nf=2 dynamical quarks is presented. All the steps are performed non-perturbatively, offering an important cross-check of the value cited in the PDG which mainly relies on perturbation theory. A computation of the B-meson decay constant at static and first orders in HQET will be also presented and phenomenological implication are discussed.In the second part of this thesis, after introducing the Heavy Meson Chiral Lagrangians and its different couplings, I present the lattice computation of two such couplings. The first one is associated to the hadronic transitionB* '→Bπ where B* 'is the radial excitation of the vector B meson. The Generalized Eigenvalue Problem (GEVP) will be used to extract information about the excited state from the ratio of three-point to two-point correlation functions and I will discuss the phenomenological implications of our results. Then, I will present the computation of the coupling h between the scalar and the pseudoscalar B mesons using two-point correlation functions. This coupling enters the formulae used to guide the chiral extrapolations when positive parity states are taken into account. We will see that h is large compared to the other couplings and that B meson orbital excitation degrees of freedom cannot be missed in chiral loops.Finally, I will present the lattice computation of the mass and decay constant of the first radial excitation of the D meson. The mass will be compared with the recently observed state by the BaBar Collaboration and I show how the decay constant can help to solve the so-called "1/2 vs. 3/2'' puzzle. In this work, the GEVP is used to control the contribution from higher excited states and continuum and chiral extrapolations are performed to take intro account systematic errors.

Consideramos aqui a obtenção da parte inferior do espectro de energia-momento para modelos de Cromodinâmica Quântica (QCD) na rede, na formulação usando integral funcional com tempo imaginário e no regime de acoplamento forte, isto é, com o parâmetro de \"hopping\'\' κ > 0 satisfazendo 1 >> κ >> β > 0, onde β ≡ g-20 é o parâmetro de acoplamento da interação dos campos de calibre entre si, aqui definidos na álgebra de Lie $SU(3)$. Consideramos modelos de QCD com campos fermiônicos de quarks com um ou dois sabores (isospin) e em $2+1$ e $3+1$ dimensões, com diferentes dimensionalidades para matrizes de spin. Analisamos o setor mesônico: o espectro de uma e duas partículas. Detectamos estados de um méson e obtivemos suas aberturas de massa. Detectamos também, dependendo do modelo tratado, estados ligados de dois mésons. A existência de estados ligados de um méson e um bárion foi também analisada / We consider the energy-momentum spectrum of lattice quantum chromodynamics (QCD) models, using the functional integral formulation, with imaginary time and in the strong coupling regime. This regime corresponds to taking the hopping parameter $\\kappa>0$ satisfying $1>>\\kappa>>\\beta>0$, where $\\beta\\equiv g_0^$ is the coupling parameter among the gauge fields, here defined in the $SU(3)$ Lie algebra. We consider QCD models with fermionic quark fields with one and two flavors (isospin) and in $2+1$ and $3+1$ dimensions, and different types of spin matrices. We analyzed the mesonic sector: one and two-particle spectra. We detected one-meson states and obtained their mass splittings. Depending on the model, two-meson states were also obtained. The existence of bound states of one baryon and one meson was also analyzed

Consideramos aqui a obtenção da parte inferior do espectro de energia-momento para modelos de Cromodinâmica Quântica (QCD) na rede, na formulação usando integral funcional com tempo imaginário e no regime de acoplamento forte, isto é, com o parâmetro de \"hopping\'\' κ > 0 satisfazendo 1 >> κ >> β > 0, onde β ≡ g-20 é o parâmetro de acoplamento da interação dos campos de calibre entre si, aqui definidos na álgebra de Lie $SU(3)$. Consideramos modelos de QCD com campos fermiônicos de quarks com um ou dois sabores (isospin) e em $2+1$ e $3+1$ dimensões, com diferentes dimensionalidades para matrizes de spin. Analisamos o setor mesônico: o espectro de uma e duas partículas. Detectamos estados de um méson e obtivemos suas aberturas de massa. Detectamos também, dependendo do modelo tratado, estados ligados de dois mésons. A existência de estados ligados de um méson e um bárion foi também analisada / We consider the energy-momentum spectrum of lattice quantum chromodynamics (QCD) models, using the functional integral formulation, with imaginary time and in the strong coupling regime. This regime corresponds to taking the hopping parameter $\\kappa>0$ satisfying $1>>\\kappa>>\\beta>0$, where $\\beta\\equiv g_0^$ is the coupling parameter among the gauge fields, here defined in the $SU(3)$ Lie algebra. We consider QCD models with fermionic quark fields with one and two flavors (isospin) and in $2+1$ and $3+1$ dimensions, and different types of spin matrices. We analyzed the mesonic sector: one and two-particle spectra. We detected one-meson states and obtained their mass splittings. Depending on the model, two-meson states were also obtained. The existence of bound states of one baryon and one meson was also analyzed

Quantenchromodynamik mit zwei leichten Quarks wird in der Gitterregularisierung mit verbesserten Wilson Fermionen betrachtet. Die chirale Symmetrie in dieser Formulierung wird von Gitterartefakten, die linear im Gitterabstand a sind, explizit gebrochen. Daher erfordern die axialen Isospin Ströme Verbesserung (im Symanzik Sinn), sowie eine endliche Renormierung, wenn sie die Ward--Takahashi Identitäten des Kontinuums bis auf kleine Gitterkorrekturen proportional zu a^2 erfüllen sollen. Algorithmische Probleme bei großen Gitterabständen machen die numerischen Simulationen der Gittertheorie schwierig. Der Hybrid Monte Carlo Algorithmus leidet unter einem verformten Dirac Spektrum in Form unphysikalisch kleiner Eigenwerte. Es wird gezeigt, daß dies ein Gitterartefakt ist, welches schnell verschwindet, wenn der Gitterabstand verringert wird. Ein alternativer Algorithmus, der polynomische Hybrid Monte Carlo Algorithmus, zeigt erheblich bessere Eigenschaften im Umgang mit den außergewöhnlich kleinen Eigenwerten. Durch Erweiterung und Verbesserung vorher verwendeter Methoden wird die nicht-perturbative Verbesserung und Renormierung des Axialstroms durch Korrelationsfunktionen im Schrödinger Funktional implementiert. In beiden Fällen wird dies erzielt, indem man Ward Identitäten des Kontinuums bei endlichem Gitterabstand erzwingt. Zusammen stellt dies die chirale Symmetrie bis zur quadratischen Ordnung im Gitterabstand wieder her. Mit wenig zusätzlichem Aufwand wird auch der Normierungsfaktor des lokalen Vektorstroms berechnet. Die Methoden, die hier entwickelt und implementiert wurden, können leicht auch für andere Wirkungen verwendet werden, die im Schrödinger Funktional formuliert werden können. Dies umfaßt verbesserte Eichwirkungen sowie Theorien mit mehr als zwei dynamischen Quarks. / Quantum Chromodynamics with two light quark flavors is considered in the lattice regularization with improved Wilson fermions. In this formulation chiral symmetry is explicitly broken by cutoff effects linear in the lattice spacing a. As a consequence the isovector axial currents require improvement (in the Symanzik sense) as well as a finite renormalization if they are to satisfy the continuum Ward-Takahashi identities associated with the isovector chiral symmetries up to small lattice corrections of order a^2. In exploratory numerical simulations of the lattice theory algorithmic difficulties were encountered at coarse lattice spacings. There the hybrid Monte Carlo algorithm used suffers from a distorted Dirac spectrum in the form of unphysically small eigenvalues. This is shown to be a cutoff effect, which disappears rapidly as the lattice spacing is decreased. An alternative algorithm, the polynomial hybrid Monte Carlo algorithm, is found to perform significantly better in the presence of exceptionally small eigenvalues. Extending previously used methods both the improvement and the renormalization of the axial current are implemented non-perturbatively in terms of correlation functions formulated in the framework of the Schrödinger functional. In both cases this is achieved by enforcing continuum Ward identities at finite lattice spacing. Together, this restores the isovector chiral symmetry to quadratic order in the lattice spacing. With little additional effort the normalization factor of the local vector current is also obtained. The methods developed and implemented here can easily be applied to other actions formulated in the Schrödinger functional framework. This includes improved gauge actions as well as theories with more than two dynamical quark flavors.

Developments in high-performance computing instruments and advancements in the numerical algorithms combined with lattice gauge theory make it possible to simulate Quantum Chromodynamics (QCD), the theory of strongly-interacting quarks and gluons, numerically at nearly physical light-quark masses. In this work we present our results for the $D^*Dpi$ coupling constant as simulated on $32^3 imes 64$, unquenched $2+1$-flavor lattices. We estimate the coupling at the chiral limit as $g_{D^*Dpi} = 16.23 pm 1.71$, which is in good agreement with its experimental value $g^{(exp)}_{D^*Dpi} = 17.9pm0.3pm1.9$ as obtained by CLEO II Collaboration.