[論文レビュー] Different PDF approximations useful for LO Monte Carlo generators

A. Sherstnev, R. S. Thorne|ArXiv.org|Jul 14, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、LOモンテカルロジェネレータにおけるNLO補正との整合性を高めるために、修正された低次の部分子分布関数（LO** PDFs）を提案する。NLO αSの使用、運動量和則の緩和、αSにおける発展スケールの調整により、標準的なLOまたはNLO PDFsよりも、特にLHCにおけるWおよびヒッグスボソン生成の正規化と形状の両面で、完全なNLO結果に近い断面積を達成する。

ABSTRACT

The goal of this study is to find a prescription for defining parton distributions (PDFs) which are most appropriate for use in those codes where only LO matrix elements (MEs) are used, as in many Monte Carlo generators. We describe a modification of LO PDFs, based on using alpha_S at NLO, a specific prescription of the coupling in the QCD evolution, and violation of the momentum sum rule. We compare results with the truth - the prediction using NLO for both MEs and PDFs, and the standard LO prediction, finding that the modified PDFs generally produce the best results.

研究の動機と目的

• モンテカルロシミュレーションにおけるLO行列要素とLO PDFsの不一致が、断面積予測の正規化と形状に悪影響を及える問題を解決する。
• NLO行列要素を必要とせず、LO PDFsを修正することでLOモンテカルロの結果を向上させる。
• 標準的なLO PDFsにおける中程度のxにおけるPDFの枯渇問題を解消し、これはHERAデータへのフィット品質の低下と、Wおよびヒッグスボソン生成予測への悪影響を引き起こす。
• 行列要素における高次の補正が欠落しているのを補うPDFセットを開発するが、同時にモンテカルロコードにおけるシャワーアルゴリズムとの整合性を保つ。
• 完全なNLO計算の代わりに、計算的に効率的で実用的な代替手段を提供し、高エネルギー物理学のシミュレーションにおける精度を向上させる。

提案手法

• 標準的なLO PDFsを修正し、標準的なLO値（約0.130）の代わりにNLO値αS(MZ²) = 0.115を使用することで、結合定数を弱め、高次の補正との整合性を向上させる。
• 運動量和則を緩和し、全部分子の運動量分率が100%を超えて（最大113%まで）なることを許容することで、標準的なLO PDFsが中程度のxにおける部分子の過小評価を補う。
• 分割関数Pqqにおける発展スケールを修正し、Q²をz(1−z)Q²に置き換えることで、小xにおける対数項を強化し、小xにおけるグルーオンの振る舞いを改善する。
• z→1に近づく領域でαSを0.5で凍結することで、高x領域における結合定数の安定化を図り、NLO補正に見られる対数的増強とより良く一致させる。
• 最終的なLO** PDFsは、すべての3つの修正を組み合わせたMRST LO PDFセットに基づいて構築され、LOモンテカルロジェネレータ向けに一貫性があり改善されたPDFセットとなる。
• 新しいPDFsの妥当性を検証するため、LO行列要素を用いたWおよびヒッグスボソン生成の断面積を、完全なNLO結果および標準的なLO/NLO PDFsと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LOモンテカルロジェネレータが、標準的なLOまたはNLO PDFsの代わりに修正されたLO PDFsを使用することで、より正確な断面積予測を達成できるか？
• RQ2 LO PDFフィットにNLO αSを使用することで、グローバルフィット品質および断面積の正規化にどのような影響を与えるか？
• RQ3 運動量和則を緩和することで、特に中程度のx領域においてLO PDFsとNLO結果との一致がどの程度向上するか？
• RQ4 αSにおける発展スケールをz(1−z)Q²に修正することで、標準的なLOおよびLO* PDFsと比較して、小xおよび高x領域におけるLO PDFsの振る舞いがどのように改善されるか？
• RQ5 LO** PDFsは、主要なLHCプロセスにおいて、正規化と形状の両面で、LO*、LO、NLO PDFsよりも完全なNLO結果に近い一致を達成できるか？

主な発見

• LO** PDFsは、標準的なLOの3066/2235から2640/2235にグローバルχ²を低下させ、フィット品質が顕著に向上したことを示している。
• LO** PDFsはαS(MZ²) = 0.115を採用しており、これは標準的なLO PDFsよりもNLO値に近く、高次の補正との整合性が向上している。
• Wボソン生成では、LO** PDFsによる断面積は20.2 nbであり、完全なNLO真値（21.1 nb）にLO（17.5 nb）やNLO（18.6 nb）よりも近い。
• ヒッグスボソン生成では、LO** PDFsは35.2 pbを示し、完全なNLO真値（38.0 pb）に最も近い結果を示し、LO（22.4 pb）やNLO（20.3 pb）を上回った。
• LO** PDFsは、Wボソンの疑似ラピディティおよび横運動量分布の正規化を改善し、標準的なLO PDFsが示す過小評価を軽減した。
• LO** PDFsは、特に正規化と小x領域の振る舞いにおいて、LOおよびNLO PDFsを上回り、分布全体にわたり真値と良好な一致を示した。