[論文レビュー] Parton Distribution Functions

R. Plačakytė|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、グローバルQCDフィットから導かれた陽子パートン分布関数（PDFs）をレビューし、HERAのDISおよびジェットデータの重要性に焦点を当てる。HERAのジェットデータを組み込むことで、グルーオンPDFの不確実性が顕著に低減され、αs(MZ) = 0.1202 ± 0.0013（実験的）の高精度な抽出が可能になる。また、最適化された重いフレーバー理論スキームでは、LHCにおけるW/Z断面積予測にほとんど影響を及ぼさないことが示された。

ABSTRACT

The parton distribution functions (PDFs) of the proton, a necessary input to almost all theory predictions for hadron colliders, are reviewed in this document. An introduction to the PDF determination by global analyses of the main PDF fitting groups with an emphasis on HERA PDFs is presented. Finally, theory predictions based on different PDFs are compared to some recent relevant LHC and Tevatron measurements.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突実験物理学の基本的入力である陽子パートン分布関数（PDFs）の現在の状態をレビューすること。
• グローバルQCDフィットを用いたPDF決定の手法を詳細に提示し、特にHERAデータとDGLAP進化フレームワークの重要性に焦点を当てる。
• HERAのジェットおよびチリウムデータを組み込むことで、PDFの不確実性およびαs(MZ)抽出に与える影響を評価すること。
• 異なるPDFセットを用いた理論予測を、最近のLHCおよびTEVATRON測定と比較すること。
• さまざまな重いフレーバー理論スキームおよびパラメータ化の下で、PDFフィットの整合性と頑健性を評価すること。

提案手法

• 低因子化スケールからハード相互作用スケールへPDFを進化させるために、DGLAP進化方程式を用いたグローバルQCDフィット。
• 初期PDFのパラメータ化に解析的関数（例：MSTW、CTEQ）またはニューラルネットワーク（NNPDF）を用い、実験データのχ²を最小化する。
• HERAPDFフィットに、HERAの包含的DIS、電荷型反応、ジェット、チリウムデータを組み込み、実験的、モデル的、パラメータ化の不確実性を別々に取り扱う。
• さまざまな補間関数とαsの次数を用いた可変フレーバー数スキーム（VFNS）を用い、重クォークの取り扱い方によるPDFへの感度を評価する。
• αs(MZ)をフィットの自由パラメータとして取り入れ、システムティックな不確実性をPDFに伝搬させる。
• フィットされたPDFをLHCにおけるW±およびZボソン断面積予測に伝搬させ、スキームやパラメータ選択による結果の違いを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAのジェットデータを含めることで、包含的DISのみに比べてグルーオンPDFの制約がどのように強化され、不確実性がどのように低減されるか？
• RQ2 異なる可変フレーバー数スキーム（VFNS）の実装が、抽出されたチリウムクォーク質量パラメータ（mc^mod）およびPDF組成に与える影響は？
• RQ3 重クォークの取り扱い方の不確実性が、LHCにおけるW±およびZボソン断面積予測にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 ジェットおよびチリウムデータを含むか否かにかかわらず、異なるPDFフィットで抽出されたαs(MZ)の値はどの程度整合的か？
• RQ5 すべてのHERAデータを組み込んだ最新のHERAPDF1.7 PDFは、前世代や他のグローバルPDFセットと比較して、形状および不確実性の面でどのように異なるか？

主な発見

• HERAPDFフィットにHERAのジェットデータを組み込むことで、低x領域におけるグルーオンPDFの不確実性が低下し、グルーオンPDFとαs(MZ)の相関が抑制される。その結果、より高精度な決定が可能になる。
• ジェットデータを含むHERAPDF1.6フィットから抽出されたαs(MZ)の値は、0.1202 ± 0.0013（実験的）± 0.0007（モデル/パラメータ化）± 0.0012（ハドロン化）+0.0045/-0.0036（スケール）であった。
• 異なるVFNSの実装は異なる最適なチリウムクォーク質量パラメータ（mc^mod）をもたらすが、χ²の最小値は同等であり、フィット品質の頑健性が示された。
• 各スキームで最適なmc^modを用いることで、LHC（7 TeV）におけるW+生成断面積の不確実性は1.0%未満にまで低減された。
• すべてのHERAの包含的、ジェット、チリウム、低エネルギーデータを含むHERAPDF1.7フィットでは、αs(MZ)の値は包含的＋ジェットフィットと整合的であり、包含的＋チリウムフィットと同一の最適mc^modを示した。
• HERAPDF1.7 PDFは、形状および不確実性の面で、他のグローバルPDFセット（MSTW、CTEQ、NNPDF）と良好に一致しており、Q² = 10 GeV²におけるグルーオンおよび海クォーク分布の個別分解も提供された。