[論文レビュー] Forward-Backward Drell-Yan Asymmetry and PDF Determination

H. Abdolmaleki, Elena Accomando+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける前向き・後向きDrell-Yan非対称性（A_FB）測定が、特に低〜中間xにおけるバリオンクォークの一部分布関数（PDFs）の不確実性を顕著に低減できることを示している。xFitterフレームワークとNLO QCD補正を用いた分析により、Run II、IIIおよびHL-LHCからのA_FBデータが、(2/3)u + (1/3)dの電荷加重平均に及ぼす制約を強化し、3000 fb⁻¹までの統合光度に伴いPDF不確実性が最大で3000 fb⁻¹まで低下することが明らかになった。

ABSTRACT

We investigate the impact of high-statistics Drell-Yan (DY) measurements at the LHC on the study of non-perturbative QCD effects from parton distribution functions (PDF). We present the results of a PDF profiling analysis based on the neutral-current DY forward-backward asymmetry, using the open source fit platform xFitter.

研究の動機と目的

• LHCにおける電磁的相互作用によるDrell-Yan前向き・後向き非対称性（A_FB）測定が、部分分布関数（PDFs）を制約する可能性を評価すること。
• Run II、IIIおよびHL-LHCからの高統計的A_FBデータが、PDF決定における理論的不確実性をどの程度低減するかを定量化すること。
• A_FBがグローバルPDFフィットにおいて、電荷共鳴型レプトン非対称性とどのように補完的役割を果たすかを評価すること。
• A_FBが低〜中間x領域における特に(2/3)u + (1/3)dのPDF組み合わせにどの程度感度を持つかを調査すること。
• 迅速度カットと統合光度を変化させた場合のPDF不確実性低減への影響を分析すること。

提案手法

• 本研究では、A_FBの擬似データを用いたPDFプロファイリングを実施するため、オープンソースのxFitter PDFフィッティングプラットフォームを用いた。
• NLO QCD補正は、MadGraph5_aMC@NLOが生成したグリッドをAPPLgridおよびaMCfastを介してインターフェースすることで組み込んだ。
• 方位角にわたる積分された微分断面積は、角度係数から導出され、A_FBはcosθに比例するA₄項によって定義される。
• A_FBの擬似データは、[28]の検出器受容性カットに基づき、30、300、および3000 fb⁻¹の光度を模擬して生成された。
• 角度再構築には、双レプトン系のブースト方向を用いたCollins-SoperフレームでA_FBを計算した。
• PDF不確実性は、CT14nnlo、NNPDF3.1nnlo、MMHT2014nnlo、ABMP16nnlo、HERAPDF2.0nnloセットの固有ベクトル再パラメトライゼーションおよびプロファイリング分布を用いて評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCからのA_FB測定は、バリオンクォークPDFの不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ2 A_FBが(2/3)u + (1/3)dの組み合わせに対する感度は、光度および迅速度カットにどのように依存するか？
• RQ3 既存のレプトン電荷非対称性データと比較して、A_FBがPDF不確実性に与える定量的影響は何か？
• RQ4 ABMP16nnlo、HERAPDF2.0nnloなどの異なるPDFセットは、A_FB制約に対してどのように反応するか？
• RQ5 双レプトンの迅速度カットを大きくすることで、高x領域のPDFに感度が向上するか？また、HL-LHCの統計的精度は十分に達成可能か？

主な発見

• 3000 fb⁻¹の統合光度におけるA_FBデータは、低〜中間x領域において(2/3)u + (1/3)dバリオンクォークPDF組み合わせの不確実性を最大50％まで低減した。
• PDF不確実性の最大低減は、x < 0.1におけるuバリオンクォークおよびdバリオンクォークに観察され、特にABMP16nnloおよびHERAPDF2.0nnloセットで顕著であった。
• 固有ベクトル再パラメトライゼーションにより、uおよびdバリオンクォークPDFの固有ベクトル間に強い相関関係があることが確認され、A_FBはその電荷加重和を制約した。
• 海クォークPDFは中程度の不確実性低減を示し、光度が増加するにつれてその低減度が増加したが、バリオンクォークに比べて顕著ではなかった。
• より高い迅速度カットは高x領域PDFへの感度を向上させるが、十分な統計的精度を達成するには高光度HL-LHCが不可欠である。
• 本研究は、A_FBデータがグローバルPDFフィットにおいて、既存の電荷共鳴型非対称性データと補完的かつ重複しない制約を提供することを確認した。