[論文レビュー] New Strange Asymmetry Results from NuTeV

D. Mason|ArXiv.org|May 15, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、NLO QCD計算とDISCOモンテカルロコードによる完全微分的受容率補正を用いて、NuTeV実験の二ミュオン事象を新たな解析により、陽子内の奇妙クォーク海の非対称性を測定する。主な結果として、データはゼロに近い奇妙-反奇妙非対称性を支持しており、中央値は $ S^{-} = -0.0011 \pm 0.0014 $ である。これは大きな正の非対称性がデータと整合しないことを示し、NuTeVの $\sin^2\theta_W$ 異常を説明するこのメカニズムを排除する。

ABSTRACT

Results from the next to leading order (NLO) dimuon analysis from the NuTeV experiment at FNAL are presented. Charged current interactions in neutrino-nucleon scattering with two oppositely charged muons in the final state allow direct study of charm production and measurement of the strange sea. NuTeV's sign selected beam gives it the ability to extract the strange and antistrange seas independently, for which an asymmetry has been predicted in some theoretical models, and which is currently of intense interest in interpreting neutrino electroweak results. The dimuon results presented here represent the first analysis of dimuon events performed utilizing DISCO, a fully NLO cross section code differential in all variables required to model detector acceptance.

研究の動機と目的

• ニュートリノ-核子散乱からの二ミュオン事象を用いて、陽子内の奇妙クォーク海および反奇妙クォーク海の分布を独立して測定すること。
• 奇妙-反奇妙海の非対称性が、NuTeVの $\sin^2\theta_W$ 測定における3σの乖離を解消できるかどうかを検証すること。
• 完全微分的受容率補正を用いた高精度なNLO QCD解析を通じて、二ミュオン断面積を分析すること。
• PDFパラメータ化において、フレーバー和則および運動量和則といった物理的制約を強制すること。
• 複数のパラメータ化スキームを比較し、正の非対称性と整合性があるかどうかを評価すること。

提案手法

• 本分析は、NuTeV検出器で観測された5102個の $\nu_\mu$ および1458個の $\bar{\nu}_\mu$ 二ミュオン事象から抽出した前方二ミュオン断面積表を用いる。
• NLO断面積モデルを、検出器の受容率 ($\mathcal{A}$) を $x$, $y$, $E_\nu$, キャッパー質量に関して微分的に計算するDISCOモンテカルロコードを用いてデータにフィットする。
• EMC効果 ($EMC$)、キャッパーの半レプトン崩壊分岐比 ($B_c = 0.093 \pm 0.008$)、および固定されたCollins-Spillerのイプシロン0.75を用いた運動量領域受容率補正を含む。
• 複数の $s(x)$ および $\bar{s}(x)$ のパラメータ化がテストされ、独立したフィット、$Q^2$ に伴うPDFの進化、フレーバー和則を強制する $s^+ - s^-$ スキームが含まれる。
• 非対称性は $S^{-} = \int x[s(x) - \bar{s}(x)]dx$ として定義され、$\int s^{-}dx = 0$ の制約を含む・含まない両方のフィットが実施される。
• 系arness的不確かさは、Collins-Spillerのイプシロンを保守的な範囲（0.25）で変化させることで推定され、フィット中にキャッパー質量も自由に変化可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子内の奇妙クォーク海と反奇妙クォーク海の分布間に測定可能な非対称性は存在するか？
• RQ2 正の奇妙-反奇妙非対称性が、NuTeVの $\sin^2\theta_W$ 測定における3σの乖離を説明できるか？
• RQ3 異なるパラメータ化およびQCD進化スキームは、抽出された非対称性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 フレーバー和則を強制することで、非対称性の形状と大きさはどの程度制約を受けるか？
• RQ5 現実的な物理的制約のもとで、正の非対称性はNuTeVの二ミュオンデータと整合性を持つだろうか？

主な発見

• NLO CTEQ6Mフィットにおいて、奇妙-反奇妙非対称性は $ S^{-} = -0.0011 \pm 0.0014 $ と測定され、ゼロに近い値であり、低 $x$ でわずかに負の傾向を示す。
• フレーバー和則を強制するため $\int s^{-}(x)dx = 0 $ と設定した場合、$x < 0.009$ の領域で $s^{-}(x)$ が正のピークを示すが、この領域にはデータによる制約がない。
• 正の非対称性を強制した場合（例：CTEQのグローバルフィットを模倣）、$\chi^2$ は顕著に55/40 NDFに増加し、データと整合しないことが示された。
• $s^{-}$ を自由に変化可能にした場合でも、最良のフィット結果は $ S^{-} = -0.0009 \pm 0.0014 $ に留まり、依然としてゼロに近い。
• 大規模な正の非対称性はデータに不適合である：たとえ $S^{-} = +0.0016$ のフィットでも、$\chi^2$ が高く、標準的仮定のもとではデータと整合しない。
• 結果として、NuTeVの $\sin^2\theta_W$ の乖離が奇妙-反奇妙海の非対称性によって解消される可能性は、一部の理論的提案とは対照的に、極めて低いと考えられる。