[論文レビュー] HERAFitter : Open Source QCD Fit Project

S. Alekhin, O. Behnke+51 more|arXiv (Cornell University)|Oct 16, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 58被引用数 56

ひとこと要約

HERAFitter は、深電子散乱およびハドロン衝突機器データへのグローバルフィットを通じて、正確な陽子部分素粒子分布関数（PDFs）の決定を可能にする、オープンソースで柔軟な QCD 分析フレームワークです。DGLAP 前進、TMD PDF、およびデュアールモデルを含む、多様な理論的計算、実験的データ、高度なフィッティング手法を統合し、PDF 抽出、標準模型（SM）パラメータの研究、PDF セット間のベンチマーク作成を統合されたプラットフォームとして提供します。

ABSTRACT

HERAFitter is an open-source package that provides a framework for the determination of the parton distribution functions (PDFs) of the proton and for many different kinds of analyses in Quantum Chromodynamics (QCD). It encodes results from a wide range of experimental measurements in lepton-proton deep inelastic scattering and proton-proton (proton-antiproton) collisions at hadron colliders. These are complemented with a variety of theoretical options for calculating PDF-dependent cross section predictions corresponding to the measurements. The framework covers a large number of the existing methods and schemes used for PDF determination. The data and theoretical predictions are brought together through numerous methodological options for carrying out PDF fits and plotting tools to help visualise the results. While primarily based on the approach of collinear factorisation, HERAFitter also provides facilities for fits of dipole models and transverse-momentum dependent PDFs. The package can be used to study the impact of new precise measurements from hadron colliders. This paper describes the general structure of HERAFitter and its wide choice of options.

研究の動機と目的

• HERA、LHC、Tevatron のデータを統合した、統一的でオープンソースのグローバル QCD 分析プラットフォームを提供すること。
• 多様な理論的および実験的入力を用いて、陽子部分素粒子分布関数（PDFs）の正確な決定を可能にすること。
• 異なる PDF フィッティング手法および理論的スキームのベンチマーク化と比較を支援すること。
• 新しい実験的データおよび理論的発展が PDF や QCD パラメータに与える影響を評価すること。
• TMD PDF、デュアールモデル、PDF フィットにおける不確実性の評価のためのツールを提供すること。

提案手法

• HERA（ep）、LHC（pp）、Tevatron（p̄p）の実験的データを、相関のあるおよび相関のない不確実性を含めて、共通のフレームワークに統合する。
• 相関ない因子分解と DGLAP 前進方程式を用いて PDF の前進を実行し、初期 PDF のための柔軟なパラメータ化を採用する。
• 事前計算されたグリッドファイル（APPLGRID）と数値積分技術を用いて、理論的断面積を高速に計算する。
• 複数の定義と相関不確実性の処理方法（ベイズ的再重み付けを含む）を備えた χ² に基づく PDF フィットを可能にする。
• ガウス的 kT 依存性を持つ関数的形を用いた横運動量依存性の進化により、TMD PDF のためのツールを提供する。
• 最小限の依存関係を有するオープンソースの C++ および Fortran 77 コードベースを採用し、PDF 前進には QCDNUM を使用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統一的でオープンソースのフレームワークは、グローバル PDF フィットの精度と再現可能性をどのように向上させるか？
• RQ2 高精度な LHC データの新規導入が、PDF や αs の決定に与える影響は何か？
• RQ3 DGLAP とデュアールモデルの異なる理論的スキームは、PDF パラメータ化と不確実性にどのように影響するか？
• RQ4 HERAFitter は、一貫したフィッティング手順を用いて、MSTW、CT、NNPDF、ABM などの既存の PDF セットをどれほど正確に再現できるか？
• RQ5 TMD PDF や横運動量効果は、グローバル PDF フィットにどのように一貫して組み込まれるか？

主な発見

• HERAFitter は、デフォルト設定で中央的 HERAPDF1.0 PDF セットを正確に再現でき、標準的なフィットにおける正確性を検証した。
• 「FAST」技術を用いることで、10 分程度で高速な PDF フィットが可能であり、完全な不確実性推定には数時間程度を要する。
• HERA の包括的 NC データと HERAPDF1.0 を用いた理論的予測とのプル値は、運動量領域の各ビンで 1–2 標準偏差の範囲内で整合性を示した。
• HERAFitter は、横運動量依存性（TMD）グルーオン分布やデュアールモデル解析を含む、高度な PDF スタディを可能にしている。
• このツールは、Drell-Yan、W/Z、ジェット、および光子生成の LHC 分析において複数回使用され、広範な適用性を示している。
• HERAFitter は、LHeC などの将来の加速器のための、システム的不確実性伝搬を用いた PDF セットのベンチマーク化と影響評価を可能にしている。