[論文レビュー] Measurement of jet production in deep inelastic scattering and NNLO determination of the strong coupling at ZEUS

ZEUS Collaboration, Aggarwal, R.+79 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、√s = 318 GeV の ZEUS データ 347 pb⁻¹ を用いて、ブライト枠での深エネルギーシュリンク散乱（DIS）における包含ジェット生成の高精度測定を提示する。kt-アルゴリズムを用い、次々に精度の高い（NNLO）強い結合定数の決定が可能となり、αs(M²Z) = 0.1142 ± 0.0017（実験/フィット）+0.0006/−0.0007（モデル/パラメータ化）+0.0006/−0.0004（スケール）が得られた。低Q²データへの影響を低減し、スケール不確かさの取り扱いを精緻化することで、不確かさの制御が向上した。

ABSTRACT

A new measurement of inclusive-jet cross sections in the Breit frame in neutral current deep inelastic scattering using the ZEUS detector at the HERA collider is presented. The data were taken in the years 2004 to 2007 at a centre-of-mass energy of $318\, ext{GeV}$ and correspond to an integrated luminosity of $347\, ext{pb}^{-1}$. Massless jets, reconstructed using the $k_t$-algorithm in the Breit reference frame, have been measured as a function of the squared momentum transfer, $Q^2$, and the transverse momentum of the jets in the Breit frame, $p_{\perp, ext{Breit}}$. The measured jet cross sections are compared to previous measurements and to perturbative QCD predictions. The measurement has been used in a next-to-next-to-leading-order QCD analysis to perform a simultaneous determination of parton distribution functions of the proton and the strong coupling, resulting in a value of $\alpha_s(M_Z^2) = 0.1142 \pm 0.0017~ ext{(experimental/fit)}$${}^{+0.0006}_{-0.0007}~ ext{(model/parameterisation)}$${}^{+0.0006}_{-0.0004}~ ext{(scale)}$, whose accuracy is improved compared to similar measurements. In addition, the running of the strong coupling is demonstrated using data obtained at different scales.

研究の動機と目的

• HERAにおける中性荷電現象の深エネルギーシュリンク散乱（DIS）のブライト枠での包含ジェット断面積を測定すること。
• スケールおよびモデル不確かさの取り扱いを改善することで、強い結合定数αs(M²Z)の決定における不確かさを低減すること。
• 異なるQ²領域におけるデータを用いて、エネルギースケール依存性のαsの変化がQCDの予測と整合するかを検証すること。
• QCDにおけるNNLOでのグローバルPDFおよびαsのフィットに適した高精度データセットを提供すること。
• ジェット生成およびαsのエネルギースケール依存性に関する摂動的QCD予測の妥当性を検証すること。

提案手法

• 7 < p⊥,Breit < 50 GeV および −1 < ηlab < 2.5 の範囲で、ブライト枠におけるkt-アルゴリズムを用いた再構成ジェット。
• 150 < Q² < 15000 GeV² および 0.2 < y < 0.7 のDIS運動量領域において、Q²およびp⊥,Breitの関数として二重微分的包含ジェット断面積を測定。
• χ²スキャンを用いて不確かさを決定するため、同時に部分子分布関数（PDFs）およびαs(M²Z)をNNLO QCDフィットで抽出。
• 系統的変動を用いて、実験/フィット、モデル/パラメータ化、スケール不確かさを分離：モデル不確かさをゼロに設定し、6点のスケール変動（0.5および2.0の要因）。
• 行列式アンフォールディングを用いて、ジェット再構成における検出器効果を補正。
• グローバルPDFフィットおよびQCD予測との比較により結果を検証し、摂動的QCDによるαsのエネルギースケール依存性と整合性が確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAにおけるDISのブライト枠での包含ジェット断面積測定の精度はいかほどか？
• RQ2 高精度ジェットデータの組み込みが、NNLOにおけるαs(M²Z)の決定にどのように寄与するか？
• RQ3 低Q²ジェットデータをフィットから除外した場合、αs(M²Z)のスケール不確かさはどの程度低減されるか？
• RQ4 測定されたエネルギースケール範囲にわたって、強い結合定数のエネルギースケール依存性は摂動的QCD予測と整合するか？
• RQ5 αs(M²Z)における実験的、モデル的、スケール的不確かさは、それぞれどのように分解され、最終的な不確かさに寄与するか？

主な発見

• 包含ジェット断面積は、以前の測定と同等の不確かさで測定され、NNLO QCD予測とよく一致した。
• 強い結合定数は αs(M²Z) = 0.1142 ± 0.0017（実験/フィット）+0.0006/−0.0007（モデル/パラメータ化）+0.0006/−0.0004（スケール）として決定され、以前の決定より精度が向上した。
• スケール不確かさの低減は、主に低Q²ジェットデータの除外に起因し、スケール変動に対する感度が低下したためである。
• エネルギースケールに伴うαs(µ²)の変化は、QCDの予測と整合しており、複数のQ²領域におけるデータから確認された。
• 断面積データは、HEPDataおよびxFitter互換形式の機械可読形式で公開されており、今後のグローバルフィットに利用可能である。
• 結果はグローバルPDFフィットと整合しており、ジェットデータのみを用いたクロスチェックではわずかに不確かさが大きくなるが、不確かさ分解の整合性が確認された。