[論文レビュー] HERAPDF fits including $F_2$(charm) data

A. M. Cooper-Sarkar|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、複数の重いクォーク体系とcharmクォーク質量を用いたHERA $F_2$(charm)データの統合によるHERAPDFフィットを提示し、charmデータがcharmクォーク質量および体系選択を強く制約することを示している。結果は、より高いcharm質量（$m_c = 1.65$ GeV）がcharm生成を抑制し、低 $x$ におけるグルーオンPDFを増幅させ、LHCにおける $W/Z$ 戦術断面積予測値を最大2.5%向上させることを示している。

ABSTRACT

PDF fits in the HERAPDF1.0 formalism have been made to the combined HERA-I inclusive data and the newly combined $F_2$(charm) data from the H1 and ZEUS experiments. The charm data are found to be sensitive to the value of the charm mass and the choice of the heavy quark scheme. This has consequences for the predictions of $W$ and $Z$ cross sections at the LHC.

研究の動機と目的

• HERAPDF1.0の改良を図り、H1およびZEUS実験からの統合HERA $F_2$(charm)データを含めること。
• charmクォーク質量（$m_c = 1.4$ から $1.65$ GeV）および重クォーク体系の選択がPDFフィットに与える感受性を調査すること。
• RT-VFN標準、最適化、ACOT、FFN、およびNNLOといった異なる体系がPDFの進化および $W/Z$ 戦術断面積予測に与える影響を評価すること。
• 新しいcharmデータの質量および体系への感受性を活用して、$m_c$ におけるモデル不確実性を低減すること。
• 異なる体系間でのフィットの一貫性を評価し、LHC戦術断面積予測に与える影響を検討すること。

提案手法

• HERA-Iの包括的NCおよびCC $e^\pm p$ 散乱データおよび $F_2$(charm)データを用いたNLOおよびNNLOのグローバルフィットを実施。
• 重クォーク生成をモデル化するために、RT-VFN、最適化RT-VFN、ACOT、およびFFN体系を用い、$m_c$ の値を変化させた。
• $F_2$(charm)データに $Q^2 > 3.5$ GeV$^2$ のカットを適用し、41データポイントが得られ、フィットの適合度は $\chi^2$/ndp を用いて比較した。
• FFNフィットでは、バリオンクォークパラメータをHERAPDF1.0の値に固定し、因子化スケールとして $Q^2 + 4m_c^2$ を使用し、$\alpha_s$ を3フレーバーでのみ進化させた。
• FFNフィットの変種を検討：異なる因子化スケール、$Q^2 < 3000$ GeV$^2$ のカット、および代替のPDFパラメータ化。
• RT-VFN体系におけるNNLOフィットを実施し、$\alpha_s(M_Z)$ の2つの値（中央値：0.1176、フィットに好ましい値：0.1145）を用いて、高次の体系依存性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 F_2$(charm)データの組み込みが、PDFフィットにおけるcharmクォーク質量の好ましい値にどのように影響するか？
• RQ2 異なる重クォーク体系（RT-VFN、ACOT、FFN、最適化）が、得られるPDFおよび $\chi^2$ 値に与える影響は何か？
• RQ3 $m_c$ および $\alpha_s(M_Z)$ の変化が、低 $x$ におけるグルーオンPDFおよび $W/Z$ 戦術断面積予測にどのように影響するか？
• RQ4 F_2$(charm)データは、以前の解析と比較して、$m_c$ におけるモデル不確実性をどの程度低減するか？
• RQ5 NNLOフィットは、NLOフィットと比較して、$\chi^2$ およびPDFの形状、特に低 $Q^2$ においてどのように異なるか？

主な発見

• 標準RT-VFN体系において、$F_2$(charm)データはより高いcharmクォーク質量（$m_c = 1.65$ GeV）を好む。これは、$\chi^2$/ndp が43.5/41（$m_c = 1.4$ GeVのとき134.5/41）に比べて顕著に低いことから明らかである。
• 最適化RT-VFN体系では、データはより低い $m_c = 1.4$ GeV を好む。$\chi^2$/ndp は64.8/41であり、閾値の滑らかな振る舞いにより、高質量を必要としないことが示唆される。
• ACOT体系でも、$m_c = 1.65$ GeV が好まれ、$\chi^2$/ndp は41.4/41である。また、PDFは標準RT-VFN体系と類似している。
• FFN体系では、$\chi^2$ 値が同程度であるにもかかわらず、charmクォーク寄与が欠落しているため、一般質量VFN体系と比較して低 $x$ におけるグルーオンPDFが顕著に増幅されている。
• NNLOフィットでは、$\alpha_s(M_Z)$ の値（0.1145 または 0.1176）に関わらず、$m_c = 1.4$ GeV が好まれ、$\chi^2$/ndp はそれぞれ54.5/41および60.3/41である。低-$Q^2$ データの説明も、組み込みなしで良好に行われている。
• $m_c = 1.65$ GeV の場合、低 $x$ におけるグルーオンPDFの増幅により、$m_c = 1.4$ GeV と比較して $W$ および $Z$ 戦術断面積が最大2.5%高い予測値を示しており、LHCの予測における体系および質量依存性が顕著に現れている。