[論文レビュー] Neutrino-Production of Charm and the Strangeness Asymmetry of the Nucleon

S. Kretzer|ArXiv.org|Aug 25, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、核子内の奇妙 quark 海の非対称性 $s^{-}(x) = s(x) - \bar{s}(x)$ を調べるため、ニュートリノ誘発charm 確率生成の次-leading order (NLO) QCD 分析を提示する。NuTeV 実験の二重ミューオンデータを用いて、この非対称性の2次モーメント $[S^{-}]$ が $-0.001 < [S^{-}] < 0.004$ に制約されることを示し、これは NuTeV の弱い混合角測定における $3\sigma$ の不一致を最大 $1.5\sigma$ 減少させ、摂動的でない効果を適切に取り入れた場合、標準模型と整合的であることを示唆している。

ABSTRACT

Interest in the strange nucleon sea has been renewed when it was realized that the strangeness asymmetry $s^-=s-\bar{s}$ plays a prominent role in the interpretation of the NuTeV weak mixing angle anomaly. I review the NLO QCD calculation of the neutrino-production of opposite-sign dimuons as the experimental signature of the strange quark parton density. Results from a recent CTEQ fit are presented and discussed with respect to their stability under NLO corrections and their impact on the NuTeV measurement.

研究の動機と目的

• ニュートリノ誘発charm 確率生成データを用いて、核子内の奇妙 quark 海非対称性 $s^{-}(x) = s(x) - \bar{s}(x)$ を定量化すること。
• この非対称性が NuTeV の弱い混合角異常解釈に与える影響を評価すること。
• NLO QCD補正下での部分素粒子分布関数フィットの安定性と実験データとの整合性を評価すること。

提案手法

• ACOT 方式の $m_s \to 0$ 限界において $\overline{\text{MS}}$ スキームで、ニュートリノ誘発charm 確率生成のNLO QCD計算を実施し、整合性を保つ。
• DISCO コードから得られる $x$, $y$, $z$, $\eta$ に関する微分断面積分布を用い、D メソンの運動量と検出器の受容率をモデル化する。
• NuTeV の二重ミューオンデータを含み、$\int (s - \bar{s}) dx = 0$ の和則を満たすように、グローバル CTEQ フィットにより奇妙海非対称性を制約する。
• ラグランジュ乗数法を用いて、2次モーメント $[S^{-}] = \int x(s - \bar{s}) dx$ を $\sin^2\theta_W$ のずれに関連付ける。
• LO と NLO フィットの結果を比較し、高次の補正下での $[S^{-}]$ の不確実性の安定性を評価する。
• 特に $3\sigma$ の不一致が標準模型と一致しないことについて、$[S^{-}]$ が NuTeV 測定における弱い混合角に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノ誘発charm 確率生成データから制約される、核子内の奇妙海クォーク非対称性 $s^{-}(x) = s(x) - \bar{s}(x)$ の大きさと符号は何か？
• RQ2 NLO QCD補正が、グローバル部分素粒子分布関数フィットにおける奇妙海非対称性の決定をどの程度安定化させるか？
• RQ3 観測された $3\sigma$ の不一致は、奇妙海非対称性の不確実性によって説明可能か？
• RQ4 奇妙海非対称性の2次モーメント $[S^{-}]$ の変動に対して、弱い混合角のずれはどの程度感度が高いか？
• RQ5 なぜ一部のフィットでは $[S^{-}]$ が負の値を示すのに対し、他のフィットでは正の値を示すのか？これは根本的な物理に何を示唆するか？

主な発見

• 奇妙海非対称性の2次モーメントは $[S^{-}] \simeq 0.002$ に制約され、保守的な範囲は $-0.001 < [S^{-}] < 0.004$ である。
• ニュートリノ誘発charm 確率生成過程におけるNLO QCD補正は、最大で $\lesssim 20\%$ にとどまり、LO 結果の良好な安定性を示している。
• $[S^{-}]$ の不確実性はNLO補正よりも広いため、現在のフィット結果は高次の補正に対して頑健であると考えられる。
• $[S^{-}]$ の不確実性によって引き起こされる $\sin^2\theta_W$ のずれは $-0.005 < \delta(\sin^2\theta_W) < +0.001$ であり、$3\sigma$ のNuTeV異常は最大 $1.5\sigma$ 減少する。
• $[S^{-}] \approx -0.004$ のPDFセットでは、標準模型との不一致が $1\sigma$ 未満にまで減少し、潜在的な整合性が示唆される。
• 結果から、高次のQCD補正とデータ受容率を一貫して取り入れた場合、NuTeVの異常は新物理ではなく、奇妙海非対称性の系統的不確実性によって説明可能である可能性がある。