[論文レビュー] Global Parton Distributions for the LHC Run II

Richard D. Ball|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 36被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、LHCランIデータを用いて開発された次世代のグローバルな部分素粒子分布関数（PDFs）であるNNPDF3.0、MMHT14、CT14について包括的なレビューを提供する。これらのPDFセットは、標準模型の断面積予測の精度を向上させるために、広い運動量空間領域にわたり多様なデータセットを統合し、ニューロンネットワークを用いたQCDの高度な手法（NNLO計算および重いクォーク系の取り扱い）を採用している。これにより、LHCランIIの物理解析における理論的および実験的不確かさが顕著に低減された。

ABSTRACT

We review the next generation global PDF sets: NNPDF3.0, MMHT14 and CT14. We describe the global datasets, particularly the new data from LHC Run 1, recent developments in QCD theory and PDF methodology, improvements in combination and delivery, and future prospects for parton determination at Run 2.

研究の動機と目的

• LHCランIIの物性論的応用に向けた最新のグローバルPDFセット（NNPDF3.0、MMHT14、CT14）を統合的にレビューすること。
• LHCランIデータが$x$および$Q^2$の広い運動量空間範囲にわたり部分素粒子分布をどれほど制約しているかを評価すること。
• 3つの共同研究グループにおけるQCD理論、PDF手法、および系統的不確かさの取り扱いの改善を評価すること。
• 高次項補正の欠落および小$x$領域での再帰的補正に関する理論的不確かさの主な要因を特定すること。
• 今後のPDF決定の見通しを提示すること。特に、新規LHCデータの統合およびQED補正の導入を含む。

提案手法

• HERA DIS、テバトロンDrell-Yan、W/Z、およびジェットデータ、およびLHCランI測定結果を含む広範な実験的データを用いた部分素粒子分布関数のグローバルフィッティング。
• 固定オーダーの摂動的QCDをNLOおよびNNLOで採用し、GM-VFNS（FONLL、TR′、S-ACOT）スキームによる重クォーク質量効果の一貫した取り扱いを実施。
• 実験的系統的不確かさ（加法的および乗法的）を慎重に取り扱い、d’Agostiniバイアスなどの偏りを回避する。
• PDFフィッティング手法の信頼性を検証し、手法的不確かさを評価するためにクロージャーテストを実施。
• NLOおよびNNLOフィットの比較による理論的不確かさの推定、および高次項補正の推定にベイズ的手法の検討。
• $\alpha_s$の変動およびクォーク質量の不確かさを含め、基本的パラメータへの感受性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新のグローバルPDFセット（NNPDF3.0、MMHT14、CT14）は、LHCランIデータを用いることで、どの程度前世代のものよりも向上したか？
• RQ2 LHCランIデータセットは、特に中程度および大$x$領域において、$x$および$Q^2$の全範囲にわたる部分素粒子分布をどの程度制約しているか？
• RQ3 現在のPDFフィットにおける理論的不確かさの主な要因は何か？また、それらはどのようによりよく推定できるか？
• RQ4 異なるPDF共同研究グループは、系統的不確実性および理論的仮定をどのように取り扱っており、それらがPDFの不確実性帯にどのような影響を及ぼしているか？
• RQ5 高質量および高ラピディティ過程の不確実性をさらに低減するためには、どのような今後のデータセットおよび理論的発展が必要か？

主な発見

• NNPDF3.0、MMHT14、CT14という3つの主要なグローバルPDFセットは、LHCランIデータを広く統合しており、$x$の4桁、$Q^2$の6桁にわたる範囲でクォークおよびグルーオン分布の制約が顕著に向上した。
• NLOおよびNNLOフィットの比較から、欠落したNNLO補正による不確かさは、NLOフィットにおける実験的不確かさとほぼ同等であることが示され、NNLOでの不確かさは顕著に低減された。
• 3つの共同研究グループとも、$\alpha_s(m_Z) = 0.118$を中央値として採用しており、$\alpha_s$を0.001刻みで変化させる専用セットを用いてその不確かさを評価した。それぞれの推奨値は、$0.1173 \pm 0.0007$、$0.1172 \pm 0.0013$、$0.115^{+0.006}_{-0.004}$であった。
• 重クォーク分布はGM-VFNSスキーム（FONLL、TR′、S-ACOT）を用いてモデル化されており、高エネルギーLHCプロセスへの正確な外挿が可能になった。
• 実験的データからの系統的不確かさは、乗法的および加法的誤差を用いて一貫して取り扱われており、フィッティングにおけるバイアスを回避するよう注意が払われた。
• 衝突実験データのみを含むグローバルフィットは依然として精度が低いが、大$x$領域でのPDFの制約および不確かさの低減の観点から、固定標的に基づくデータの統合は依然として不可欠である。ただし、高次テンソル効果および原子核効果を抑制するため、$W^2$および$Q^2$のカットが適用されている。