[論文レビュー] CT10 parton distributions and other developments in the global QCD analysis

Marco Guzzi, Pavel Nadolsky+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 49

ひとこと要約

本稿では、更新されたHERAおよびテバトロンデータを組み込んだ次-leading-orderのPDFセットであるCT10グローバルQCD解析を提示する。グルーオンおよび重クォーク分布に対する制約が向上しており、$W$レプトン非対称性を考慮したCT10W、$α_s$を変化させたCT10AS、およびleading-orderモンテカルロ生成器向けに最適化されたLO-MC PDFsを導入。LHCの交叉断面予測が著しく向上し、52個の固有ベクトル方向におけるPDF+$\alpha_s$不確実性が低減された。

ABSTRACT

We summarize several projects carried out by the CTEQ global analysis of parton distribution functions (PDFs) of the proton during 2010. We discuss a recently released CT10 family of PDFs with a fixed and variable QCD coupling strength; implementation of combined HERA and Tevatron lepton asymmetry data sets; theoretical issues associated with the analysis of $W$ charge asymmetry in PDF fits; PDFs for leading-order shower programs; and constraints on new color-octet fermions from the hadronic data.

研究の動機と目的

• HERAおよびテバトロンからの最新のハドロン的データを統合することで、陽子のパートン分布関数（PDFs）の精度と信頼性を向上させること。
• 特に$x>0.1$における$u/d$クォーク比の制約に寄与する、$W$電荷非対称性データのフィッティングにおける理論的および実験的課題に対処すること。
• 相関する系統的誤差を有するHERA-1 DISデータセットを統合することで、小$x$領域におけるPDF不確実性を低減すること。
• LHCの素粒子物理学的応用および不確実性評価のための高精度を実現する、特殊なPDFセット（CT10AS、CT10W、およびLO-MC PDFs）の開発。
• グローバルPDFフィットとLHCデータ制約を用いて、色八重項フェルミオンやグルーニョなど、新しい物理の制約を求める。

提案手法

• CT10およびCT10W PDFセットにおいて26個の自由パラメータを用いたグローバルQCDフィットを実施し、不確実性伝搬のための52個の固有ベクトルPDF誤差セットを構築。
• 小$x$領域での不確実性低減を目的に、114個の相関する系統的誤差を有する統合HERA-1 DISデータセットを導入。
• 高$x$領域における$u$および$d$クォークPDFの制約を図るため、テバトロンRun-2の$W$レプトン非対称性、$Z$の速さ、およびジェット断面積データを統合。
• $\alpha_s(M_Z)$を0.113から0.123に変化させたCT10AS PDFセットを構築し、PDF-$\alpha_s$の組み合わせ不確実性を評価。
• LHCプロセス（例：$W$、$Z$、$t\bar{t}$、ヒッグス）の擬似データをNLO精度で含めることで、LOイベントジェネレータの予測を改善するLO-MC PDFs（例：CT09MCS、CT09MC1、CT09MC2）を構築。
• 固有ベクトル分解を用いたヘシアン法によりPDF不確実性を計算し、それをコライダー観測量に伝搬。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H1およびZEUSのHERA-1 DISデータを統合することで、特に小$x$領域におけるPDF不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ2 テバトロンの$W$レプトン非対称性データは、$x>0.1$における$u/d$クォークPDF比をどの程度制約するか？
• RQ3 $\alpha_s(M_Z)$の変化がPDF不確実性およびLHC断面積予測に与える影響はいかほどか？
• RQ4 LO-MC PDFsは、完全なNLO計算なしにNLO断面積を再現できるように最適化できるか？
• RQ5 グローバルPDFフィットから、グルーニョや色八重項フェルミオンなどの新しい物理に対する制約はどのようなものか？

主な発見

• 統合HERA-1 DISデータセットにより、特にグルーオンおよびチーマンPDFの小$x$領域におけるPDF不確実性が低減され、誤差帯が$x=10^{-3}$から$x=10^{-5}$まで収縮した。
• CT10W PDFセットにより、テバトロンの$W$レプトン非対称性データとの一致が向上し、$x<0.05$における$u$および$d$クォークPDFが2–3%増加した。また、$x=10^{-5}$におけるストレンジクォークPDFは25%抑制された。
• $\alpha_s(M_Z)$を0.113から0.123に変化させたCT10AS PDFセットでは、PDF-$\alpha_s$の組み合わせ不確実性が顕著であることが示され、$\alpha_s=0.135$の場合にグルーニョ質量の下限値が$m_{\tilde{g}} > 13$ GeVにまで上昇した。
• LO-MC PDFs（例：CT09MC2）は、$\sqrt{s}=7$、10、14 TeVにおける$W^+$およびヒッグスボソンの速さ分布のNLO断面積の形状と正規化をよく再現し、標準的なLO PDFsを上回る性能を示した。
• ヒッグス生成において、LO-MC予測はNLO予測よりもほぼ一定の正規化係数で低くなるが、この補正はフィットから得られた公開の$K$-要因を用いて行える。
• CT10およびCT10W PDFセット（52個の固有ベクトル方向）により、任意の観測量、特にPDFおよび$\alpha_s$の組み合わせ誤差を完全に伝搬可能となった。