[論文レビュー] New CTEQ Global Analysis with High Precision Data from the LHC

Tie-Jiun Hou, Keping Xie+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、LHCの高精度なデータ（W/Z、Drell-Yan、ジェット、トップクォーク対生成）を組み込み、NNLO QCD精度でのグローバルな部分素粒子分布関数（PDF）フィットであるCT18およびCT18Zを提示する。解析により、特に小x領域における海クォーク比の不確実性が低減され、小xにおけるストレンジ海クォークのSU(3)対称性が強制される一方、ATLAS 7 TeV W/Zデータからの矛盾を解消するため、別個のCT18Zフィットが実施される。

ABSTRACT

We present the new CTEQ-TEA global analysis of quantum chromodynamics (QCD). In this analysis, parton distribution functions (PDFs) of the nucleon are determined within the Hessian method at the next-to-next-to leading order (NNLO) in perturbative QCD, based on the most recent measurements from the Large Hadron Collider (LHC) and a variety of world collider data. Because of difficulties in fitting both the ATLAS 7 and 8 TeV $W$ and $Z$ vector boson production cross section data, we present two families of PDFs, named CT18 and CT18$Z$ PDFs, respectively, without and with the ATLAS 7 TeV $W$ and $Z$ measurements. We study the impact of the CT18 family of PDFs on the theoretical predictions of standard candle cross sections at the LHC.

研究の動機と目的

• ATLAS、CMS、LHCbの高精度LHCデータを用いて、部分素粒子分布関数の制約を向上させるグローバルPDF解析の更新。
• ATLAS 7 TeV W/Zの速さ分布における矛盾を解消するため、これらのデータを含まない別個のCT18Zフィットを導入する。
• 低データ領域におけるパラメータ化バイアスを低減するため、新しい柔軟なPDF形式をテストし、ラグランジュ乗数制約を適用する。
• 小xにおけるストレンジ海クォークPDFにおける正確なSU(3)フレーバー対称性を、非摂動的パラメータ化形式の変更により強制する。
• NNLO理論予測を用いて、13 TeV LHCにおける標準キャンドル断面積への更新されたPDFの影響を評価する。

提案手法

• 30件のLHCデータセットとTevatronおよびHERAのレガシーデータを用いて、NNLO QCD精度のグローバルなヘシアンPDFフィットを実施する。
• 高速補間テーブル（例：NLO ApplGrid）およびfastNNLOグリッドを用いて、トップクォークおよびジェット過程のNNLO理論予測を実装する。
• データ制約が弱い運動量領域におけるPDFの物理的整合性を保つために、ラグランジュ乗数スキャンを適用する。
• NNLO断面積におけるモンテカルロ統合誤差を反映させるために、0.5%の相関のない数値誤差を組み込む。
• ストレンジ海クォークPDFの新しいパラメータ化形式を導入し、x → 0 の極限で (s+\bar{s})/(\bar{u}+\bar{d}) → 1 となるようにSU(3)対称性を強制する。
• 2つのPDFセットを構築する：CT18（ATLAS 7 TeV W/Zデータを除く）およびCT18Z（修正されたパrameterを用いて含む）ことで、データの矛盾を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS、CMS、LHCbの高精度LHCデータは、以前のグローバルフィットと比較して、部分素粒子分布関数の制約をどの程度改善するか？
• RQ2 ATLAS 7 TeV WおよびZの速さ分布データを含めるか否かが、得られるPDFの不確実性および中央値に与える影響は何か？
• RQ3 更新されたパラメータ化形式およびSU(3)対称性の強制によって、小xにおけるストレンジクォークおよび海クォーク比の不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ4 CT18およびCT18Z PDFセットは、13 TeV LHCにおける標準キャンドル過程の理論的予測にどのような影響を与えるか？
• RQ5 ラグランジュ乗数スキャンは、データ感度が低い運動量領域におけるPDF不確実性の特定と制約に、どのような役割を果たすか？

主な発見

• CT18 PDFセットは、CT14HERA2と比較して、x < 10⁻³におけるd/u比の不確実性を低減している一方で、パラメータ化形式と整合した中央値を維持している。
• 特にx ~ 0.1付近で、反ダウンと反アップ海クォークの比 \bar{d}/\bar{u} の不確実性が顕著に低減されている。これは、より良いデータ制約によるものである。
• CT18 PDFは、ストレンジ海において正確なSU(3)フレーバー対称性を強制しており、x → 0 の極限で比 (s+\bar{s})/(\bar{u}+\bar{d}) が1に漸近的に近づく。CT14HERA2ではx = 10⁻⁶で約0.6であったのと対照的である。
• ATLAS 7 TeV W/Zデータを含むCT18Zフィットでは、χ²/Npt = 1.19 となり、CT18の1.17と比較して高い値を示しており、データセット内に矛盾があることを示唆している。
• ラグランジュ乗数スキャンの結果、x = 0.01およびQ = 125 GeVにおけるグルーオンPDFは、高精度のジェットおよびDrell-Yanデータによって最も強く制約されている。一方、s+\bar{s}対 \bar{u}+\bar{d}比は、小x領域でDrell-YanおよびW/Zデータに最も敏感である。
• CT18 PDFは、特に高質量および高pT領域において、小x海クォークの制約が厳しくなったため、13 TeV LHCにおけるPDFランクの予測がより正確になっている。