[論文レビュー] Doped Parton Distributions

Valerio Bertone, Stefano Carrazza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、5フレーバー体系（5FS）の正確な強い結合定数の運行と4フレーバー体系（4FS）の重いbクォークの取り扱いを組み合わせたドーピングされたパートン分布関数（PDF）スキームを導入し、bクォークを含むプロセスにおけるLHCの理論的予測を改善する。NNPDF3.0のグローバルフィットを用いて、ドーピングスキームが4FSや5FS単独よりも中間的でより一貫性のある予測をもたらすことを示しており、特に多レグ過程において顕著である。また、7 TeVでのZ+b-ジェット生成に関するATLASおよびCMSの実験データとより良好な一致を示している。

ABSTRACT

Calculations of high-energy processes involving the production of b-quarks are typically performed in two different ways, the massive four-flavour scheme (4FS) and the massless five-flavour scheme (5FS). For processes where the combination of the 4FS and 5FS results into a matched calculation is technically difficult, it is possible to define a hybrid scheme known as the doped scheme, where above the b-quark threshold the strong coupling runs with $n_f=5$, as in the massless calculation, while the DGLAP splitting functions are those of the $n_f=4$ scheme. In this contribution we present NNPDF3.0 PDF sets in this doped scheme, compare them with the corresponding 4FS and 5FS sets, and discuss their relevance for LHC phenomenology.

研究の動機と目的

• 4FSにおいてbクォークの閾値を超えてαs(Q)が不正確に進化するという矛盾を是正すること。
• 4FSが提供するbクォーク質量効果の物理的取り扱いを保持しつつ、5FSの正しいαs(Q)の運行を組み込むハイブリッドスキームの開発。
• 特にBornレベルで高次のαsを含む重クォークを含むLHCプロセスの予測を改善すること。
• Z+b-ジェットおよびW/Z+bb生成の分野において、実験データと照らし合わせてドーピングスキームの妥当性を検証すること。
• LHAPDF6で利用可能な、新しいドーピングスキームに基づくNNPDF3.0 PDFセットを一般公開すること。

提案手法

• DGLAP方程式を用いて、Q² = m_b²以上でNNPDF3.0のn_f=5グローバルフィットを進化させる。この際、分割関数にはn_f=4、αs(Q²)の運行にはn_f=5のβ関数を用いる。
• APFELプログラムを用いて、分割関数とαs運行の整合性を保った切り捨てられたDGLAP進化を実行する。
• 部分的行列要素における4FSと5FSのαs(Q)の差を順番ごとに差し引くことで、有限オーダーで4FSとの整合性を回復する。
• NLOおよびNNLOの両スケールで、異なるxおよびQ値におけるグルーオンおよび軽クォークPDFの観点から、ドーピングPDFと対応する4FSおよび5FSセットを比較する。
• Sherpa + OpenLoopsを用いたモンテカルロシミュレーションを通じて、√s = 7 TeVにおけるW/Z + bb生成のドーピングスキームの妥当性を検証する。
• ATLASおよびCMSのZ + b-ジェット生成に関する微分分布の実験データと照らし合わせ、理論と実験の一致度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5FSのαs運行と4FSのDGLAP進化を組み合わせたハイブリッドスキームは、単独の4FSや5FSと比較して、bクォークプロセスにおけるLHC予測の正確性を向上させることができるか？
• RQ2 ドーピングPDFは、特に小さなxおよび大きなxにおいて、4FSおよび5FSのPDFとどのように異なっているか？
• RQ3 Z + b-ジェットおよびW/Z + bb生成において、ドーピングスキームは理論とLHCデータとの乖離をどの程度低減するか？
• RQ4 4FSと比較して、ドーピングスキームは多レグプロセスにおけるαs(Q)運行と共線対数項の組合せ効果をよりよく捉えているか？
• RQ5 ドーピングスキームはグローバルPDFフィットに一貫して組み込み可能であり、自動化されたNLOツールでも信頼性高く使用可能か？

主な発見

• 高スケール（Q ~ 10 GeVから10 TeV）において、ドーピングスキームは4FSと比較してαs(Q)が3–6%増加し、高次のαsを含むプロセスの断面積の抑制が軽減される。
• 小さなxにおいて、高スケールでのより大きなαs(Q)のおかげで、ドーピンググルーオンPDFは4FSよりも急激に上昇し、5FSの挙動に近づく。
• 大きなxにおいて、ドーピングPDFは4FSと5FSの間の中間的になる。軽クォークでは数パーセントの差が生じる。
• Wb̄bおよびZb̄b生成において、ドーピングスキームは4FSと5FSの中間的な微分断面積をもたらし、どちらのスキームよりも実験データと良好に一致する。
• Z + b-ジェット生成において、ドーピングスキームはATLASデータの正規化と形状の両方を再現するが、4FSは正規化を低く見積もっている。
• t̄tb̄b生成において、ドーピングスキームは4FSと比較して全NLO断面積をほぼ10%増加させ、一貫したαs(Q)運行によるμR/m_b対数項の再結合のおかげである。