[論文レビュー] Combining QED and Approximate N${}^3$LO QCD Corrections in a Global PDF Fit: MSHT20qed_an3lo PDFs

Thomas Cridge, L. A. Harland-Lang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、QED補正と近似的N3LO QCD補正を一度のグローバル解析に統合した最初のグローバルパートン分布（PDF）セット、MSHT20qed an3lo PDFセットを提示する。QED効果は相対的に弱いが、LHCの精度では不可欠であることが示され、QEDとaN3LO QCD補正はPDFへの影響においてほぼ因子分解され、QEDを含めたaN3LOでのフィット品質の悪化はわずかであることが分かった。

ABSTRACT

We present the MSHT20qed_an3lo parton distribution functions (PDFs). These result from the first global PDF analysis to combine QED and approximate N${}^3$LO (aN${}^3$LO) QCD corrections in the theoretical calculation of the PDF evolution and cross sections entering the fit. We examine the PDF impact, and find that the effect of QED is relatively mild in comparison to the aN${}^3$LO corrections, although it should still be accounted for at the level of precision now required. These QED corrections are in addition found to roughly factorise from the QCD corrections; that is, their relative impact on the PDFs is roughly the same at NNLO and aN${}^3$LO. The fit quality exhibits a very small deterioration at aN${}^3$LO upon the inclusion of QED corrections, which is rather smaller than the deterioration observed at NNLO in QCD. The impact on several cross sections at N${}^3$LO is also examined, including the Higgs cross section via gluon fusion at N${}^3$LO. Finally, a LO in QCD fit that includes QED corrections is also presented: the MSHT20qed_lo set.

研究の動機と目的

• QED補正と近似的N3LO QCD補正を同時に含む、初めてのグローバルPDFフィットを開発すること。
• 高次の摂動的順序におけるQED補正がPDFおよび断面積に与える影響を評価すること。
• QED補正とaN3LO QCD補正がPDFへの相対的影響において、因子分解可能かどうかを評価すること。
• モンテカルロイベントジェネレータでの利用を想定し、QED補正を含む新しいLO QCDフィットを提供すること。

提案手法

• 分割関数を用いて、O(α, αSα, α², αS², αS³, αS⁴)の順序までQEDおよびaN3LO QCD補正をDGLAP進化方程式に統合する。
• aN3LO QCD補正には、未知のN3LO項を近似したMSHT20an3loフレームワークを用いる。
• 上クォークとダウンクォークを区別し、光子PDFを含む別個の分割関数を用いてQED補正を組み込む。
• LHCおよびHERAのデータ（DIS、Drell-Yan、W/Z、ヒッグス粒子生成断面積を含む）に対するグローバルフィットを実施する。
• スケールおよびPDFの不確実性推定には、7点スケール変動とヘシアン誤差伝搬を適用する。
• イベントジェネレータ互換性を考慮し、LO QCDおよびQED補正を含む別個のMSHT20qed loセットを提示する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QED補正を近似的N3LO QCD補正と併用した場合、グローバルPDF決定にどのような影響を与えるか？
• RQ2 QED補正とaN3LO QCD補正は、PDFへの影響においてどの程度因子分解可能か？
• RQ3 QEDおよびaN3LO QCD補正を同時に含めた場合、グルーオン融合によるヒッグス粒子断面積にどのような影響を与えるか？
• RQ4 QED補正をaN3LO順序で追加した場合、NNLOと比較してフィット品質はどのように変化するか？
• RQ5 QED補正は、N3LOでのVHおよびDrell-Yan断面積にどのような効果を及ぼすか？

主な発見

• QED補正を含めることでaN3LOでのフィット品質はわずかに悪化するが、NNLOにQEDを追加した場合の悪化よりも小さい。
• QED補正は、NNLOおよびaN3LOの両順序でPDFへの相対的影響が類似していることから、aN3LO QCD補正からほぼ因子分解可能であることが判明した。
• 14 TeVでのグルーオン融合によるヒッグス粒子断面積は、QEDおよびaN3LO補正を含めた場合、NNLO QCDのみの結果と比較して約3.0 pb減少した。
• Drell-YanおよびVH過程では、QED補正は断面積を減少させるが、aN3LO QCD補正は増加させるため、部分的なキャンセルが生じ、摂動的安定性が向上した。
• MSHT20qed an3lo PDFセットは、N3LO予測を用いたNNLO PDFとの比較において、断面積予測の摂動的安定性が向上していることが示された。
• MSHT20qed loセットは、イベントジェネレータでの利用を想定し、光子PDFを含む一貫性のあるLOフィットとして提供された。