[論文レビュー] HERA Combined Cross Sections and Parton Densities

Burkard Reisert|ArXiv.org|Sep 29, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、HERAのH1およびZEUSの深エネルギー反跳散乱断面積測定値を統合した次期精度のQCDグローバルフィット、HERAPDF0.1を提示する。系統的誤差の整合的取り扱いにより、実験的誤差を低減した。得られたパートン密度関数（PDF）は、従来の個別のH1およびZEUS PDFセットと比較して顕著に不確実性が低減されており、$χ^{2}$/NDFは477/562で、低$ x $領域のグルーオンおよび海クォーク分布の精度が向上している。

ABSTRACT

Deep inelastic scattering cross section measurements previously published by the H1 and ZEUS collaborations are combined. The procedure takes into account the systematic error correlations in a coherent way, leading to a significantly reduced overall cross section uncertainty. The combined H1 and ZEUS measurements of the inclusive neutral and charged current cross sections are used to perform a common NLO QCD fit. The consistent treatment of systematic uncertainties in the joint data set ensures that the resulting set of parton density functions (PDFs) have a much reduced experimental uncertainty compared to the previous PDF extractions performed separately by the H1 and ZEUS collaborations.

研究の動機と目的

• H1およびZEUSの深エネルギー反跳散乱断面積測定値を統合することで、陽子パートン密度関数（PDF）の実験的誤差を低減すること。
• H1およびZEUSデータのモデルに依存しない統合を用いた共同NLO QCDフィットを実行し、系統的誤差相関を考慮すること。
• HERAデータのみを用いて、特に低$ x $領域で精度が向上した新しいPDFセット（HERAPDF0.1）を生成すること。
• 実験的誤差推定のための$\Delta\chi^{2}=1$基準を適用することで、グローバルPDFフィットと直接比較可能にする。

提案手法

• 各運動量点における共通の真値を求めるために、H1およびZEUS両実験からの系統的シフトを組み込んだ$\chi^{2}$最小化手法を用いる。
• 系統的誤差は、H1およびZEUS測定値間の相関を考慮するモデルに依存しないアプローチにより、整合的に取り扱う。
• NLOの$\overline{\text{MS}}$スキームにおけるDGLAP進化方程式を用いて、入力スケール$Q_0^2 = 4$ GeV$^2$からPDFを進化させる。
• PDFのパラメータ化には、一般形$xf_i(x) = A_i x^{B_i}(1-x)^{C_i}(1 + D_i x + E_i x^2 + F_i x^3)$を用い、正規化および和則に制約を課す。
• モデル不確実性は、$m_c$、$m_b$、$f_s$、$f_c$、$Q_0^2$、$Q_{\text{min}}^2$の変動により評価し、中央フィットには4つの統合関連不確実性を含む。
• $\chi^{2}$許容誤差として$\Delta\chi^{2}=1$を適用し、実験的誤差帯を決定することで、統合データセットと整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H1およびZEUS実験間の系統的誤差相関を一貫して取り扱う方法は何か？ これにより、統合断面積測定の精度はどのように向上するか？
• RQ2 共同NLO QCDフィットが、個別のH1およびZEUS PDF抽出と比較して、陽子パートン密度関数の不確実性に与える影響は何か？
• RQ3 統合HERAデータは、低$ x $領域のグルーオンおよび海クォーク分布の不確実性をどの程度低減するか？
• RQ4 $\Delta\chi^{2}=1$基準を用いて不確実性を推定する場合、HERAデータのみから導かれたPDFセットは、グローバルフィットと同等の精度に達するか？

主な発見

• 系統的誤差の整合的取り扱いにより、H1およびZEUSの統合断面積は顕著に全体的な実験的誤差が低減された。
• 得られたHERAPDF0.1 PDFセットは、従来のH1およびZEUS PDFセットと比較して、特に低$ x $領域で顕著に実験的誤差が低減されている。
• 中央フィットの$\chi^{2}$/NDFは477/562であり、データとNLO QCDフィットの間の良好な一致を示している。
• HERAPDF0.1は入力スケール$Q_0^2 = 4$ GeV$^2$で11個の自由パラメータを含み、正規化および和則に制約が課されている。
• PDFセットはLHAPDFライブラリに収録されており、完全なHERA I中性荷電断面積データの公開後に公開予定である。
• HERAPDF0.1は、特に低$ x $パートン分布に関わる物理的解析において、テバトロンおよびLHCの研究に貴重な高精度入力となる。