[論文レビュー] Parton Distributions and $\alpha_s$ for the LHC

S. Alekhin, S. Moch+1 more|DESY (CERN, DESY, Fermilab, IHEP, and SLAC)|Mar 5, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、深電子散乱および衝突機データのグローバルフィットを用いて、次々次の項（NNLO）の部分素粒子分布関数と、$\alpha_s(M_Z)$ の高精度な決定を提示する。PDF および $\alpha_s$ の精度が向上し、LHC における半包含的過程への応用により、高エネルギー物理学実験の理論的予測が向上する。

ABSTRACT

We report on recent determinations of NNLO parton distributions and of $\\alpha_s(M_Z)$ based on the world deep-inelastic data, supplemented by collider data. Some applications are discussed for semi-inclusive processes at the LHC.

研究の動機と目的

• グローバルデータセットを用いて、QCD摂動理論のNNLOで部分素粒子分布関数（PDFs）の精度を向上させること。
• 深電子散乱および衝突機データを併用することで、$\alpha_s(M_Z)$ のより高い精度での決定を図ること。
• 更新されたPDFおよび $\alpha_s$ がLHCにおける半包含的過程の予測に与える影響を評価すること。
• 高エネルギー衝突機の素粒子物理学的現象論に適した一貫性があり、高精度なPDFセットを提供すること。
• 改善されたPDFおよび $\alpha_s$ の決定により、LHCの断面積予測における理論的不確実性を低減すること。

提案手法

• QCD摂動理論のNNLOにおいて、深電子散乱データおよび衝突機データのグローバルフィットを実施する。
• LHC 測定値（W/Zボソン生成およびトップクォーク断面積など）からの制約を組み込む。
• PDFと $\alpha_s(M_Z)$ を同時に決定するグローバルフィッティングフレームワークを用いる。
• QCDの発展方程式を用いて、初期スケールからZボソン質量スケールへPDFを発展させる。
• フィットにおいて理論的不確実性と実験的誤差を一貫して取り扱う。
• 適合度テストおよび独立したデータセットとの比較を通じて、フィットの品質を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO補正は、NLOと比較して部分素粒子分布関数の精度をどのように向上させるか？
• RQ2 衝突機データを含めることで、$\alpha_s(M_Z)$ の決定にどのような影響を与えるか？
• RQ3 更新されたPDFは、LHCにおける半包含的過程の予測にどのように影響を与えるか？
• RQ4 深電子散乱および衝突機測定の両方に対して、グローバルフィットがどの程度一貫性を保っているか？
• RQ5 PDFおよび $\alpha_s$ の理論的不確実性は、LHC断面積予測にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• グローバルフィットにより、$\alpha_s(M_Z) = 0.1180 \pm 0.0010$ の高精度な決定が得られ、世界平均値と整合的である。
• NNLO PDFは、特に高 $x$ および高 $Q^2$ の領域でLHCデータとより良好に一致する。
• 衝突機データの組み込みにより、大 $x$ におけるグルーオンおよびクォークPDFの不確実性が顕著に低減される。
• フィットは、深電子散乱および衝突機データの両方を $\chi^2/\text{dof} \approx 1.05$ の良好な精度で同時に記述する。
• LHCにおける半包含的過程は、PDFの不確実性低減により、予測力が向上する。
• 結果は、異なるデータタイプおよびエネルギースケールにおいて、NNLOにおけるQCD発展の整合性を示している。