[論文レビュー] PQCD Formulations with Heavy Quark Masses and Global Analysis

R. S. Thorne, W. K. Tung|ArXiv.org|Sep 3, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 41

ひとこと要約

本論文は、重いクォーク質量を伴う摂動的QCD形式の包括的レビューを提供し、グローバルなPDF解析の標準としての一般化質量可変フレーバー規則（GM VFNS）に焦点を当てる。理論的基盤を明確にし、CTEQとMSTWによる実装の比較を行い、従来のゼロ質量可変フレーバー規則（ZM VFNS）の欠陥を特定するとともに、LHCの素粒子物理学的現象論およびPDFフィッティング精度に及ぼす内在的重いクォークの影響を議論する。

ABSTRACT

We critically review heavy quark mass effects in DIS and their impact on global analyses. We lay out all elements of a properly defined general mass variable flavor number scheme (GM VFNS) that are shared by all modern formulations of the problem. We then explain the freedom in choosing specific implementations and spell out, in particular, the current formulations of the CTEQ and MSTW groups. We clarify the approximations in the still widely-used zero mass variable flavor scheme (ZM VFNS), mention the inherent flaws in its conventional implementation, and consider the possibility of mending some of these flaws. We discuss practical issues concerning the use of parton distributions in various physical applications, in view of the different schemes. And we comment on the possible presence of intrinsic heavy flavors.

研究の動機と目的

• すべてのエネルギースケールにわたって、摂動的QCDにおける重いクォーク質量の取り扱いに一貫した理論的枠組みを確立すること。
• グローバルPDF解析に用いられる現代的なGM VFNS形式の間の違いと類似点を明確にすること。
• 広く用いられているゼロ質量可変フレーバー規則（ZM VFNS）の限界を特定・批判すること、特にその従来の実装における問題点に焦点を当てる。
• 陽子波動関数における内在的重いクォーク成分の物理学的影響が、PDFフィッティングおよびLHCの予測に与える影響を評価すること。
• 物理的応用において、さまざまな規則でPDFを選択・使用するための実用的ガイドラインを提供すること。

提案手法

• コリンズによるすべての位数の証明に基づく、非ゼロクォーク質量を伴うPQCDにおける因子化定理の体系的レビュー。
• GM VFNSの構造を概説し、最終状態のフレーバーの取り扱いや位相空間制約といった共通の要素に重点を置く。
• CTEQとMSTWによるGM VFNSの実装を比較し、処理の違いや規則の変種の差異を強調する。
• ZM VFNSに内在する近似の分析、特に低Q²における重いクォーク質量効果を適切に扱えない点に焦点を当てる。
• HERAおよびLHCのデータを用いて、グローバルQCDフィットを通じて内在的 charm の役割を評価し、その大きさと形状を制約する。
• 内在的重いクォークによる規則の曖昧さが、摂動的QCDの一次項理論的不確かさと同程度のオーダーであることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバルPDF解析において、ゼロ質量可変フレーバー規則（ZM VFNS）と一般化質量可変フレーバー規則（GM VFNS）の間の理論的および実用的な主な違いは何ですか？
• RQ2 CTEQとMSTWによるGM VFNSの実装は、処理の方法や規則の違いにおいてどのように異なりますか？
• RQ3 従来のZM VFNS実装に内在する根本的な欠陥は何か、そしてそれらは是正可能でしょうか？
• RQ4 現在のデータは、陽子内に存在する内在的 charm の存在と大きさをどの程度まで制約できますか？
• RQ5 内在的重いクォーク成分は、PDFフィッティングおよび構造関数予測の整合性と正確性にどのように影響を与えますか？

主な発見

• 従来のZM VFNSには、特に低Q²において実験的不確かさと同程度またはそれ以上の誤差を引き起こす可能性のある大きな近似が含まれており、問題である。
• CTEQとMSTWのGM VFNS実装は、技術的選択の違いはあれど、同じ内在的 charm PDFに対して同一の予測を生成するという点で自己一貫している。
• 現在のデータは charm 分布をきめ細かく制約していないが、x依存性に応じて、粗いモデル推定値の約3倍までの内在的 charm 捕捉が許容される。
• 大xにおける内在的 charm のシナリオでは、EMC $F_2^c$ のデータから、モデル推定値よりもわずかに小さい貢献が示唆される。
• 内在的重いクォークの取り入れにより、係数関数定義の冗長性が解消され、$\mathcal{O}(\Lambda_{QCD}^2/Q^2)$ のオーダーの規則の曖昧さが生じる。これは、一次項摂動的QCDにおける正確さの根本的限界である。
• 構造関数予測の最良の可能な正確さは $\mathcal{O}(\Lambda_{QCD}^2/Q^2)$ に制限されており、GM VFNSフレームワーク内で内在的重いクォークを一貫して取り入れた場合、この限界は満たされている。