[論文レビュー] Probing the strange content of the proton with charm production in charged current at LHeC

H. Abdolmaleki, Valerio Bertone+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、予定されている大型ハドロン陽子衝突型加速器（LHeC）におけるチャージド・カレント深エネルギーシンチルスキャッタリング（CC DIS）でのcharmクォーク生成を調査し、陽子のstrangeクォークパートン分布関数（PDF）を制約することを目的としている。XFITTERフレームワークを用いて、固定フレーバー数スキームと可変フレーバー数スキームを比較し、広い運動量領域にわたる高統計的LHeCデータが、理論的精度と実験的カバレッジを組み合わせることで、特にstrange PDFの不確実性を顕著に低減できることを示している。

ABSTRACT

We study charm production in charged-current deep-inelastic scattering (DIS) using the xFitter framework. Recent results from the LHC have focused renewed attention on the determination of the strange-quark parton distribution function (PDF) and the DIS charm process provides important complementary constraints on this quantity. We examine the current PDF uncertainty, and use LHeC pseudodata to estimate the potential improvement from this proposed facility. As xFitter implements both fixed-flavor- and variable-flavor-number schemes, we can compare the impact of these different theoretical choices; this highlights some interesting aspects of multi-scale calculations. We find that the high-statistics LHeC data covering a wide kinematic range could substantially reduce the strange PDF uncertainty.

研究の動機と目的

• 陽子におけるstrangeクォークパートン分布関数（PDF）の決定を、チャージド・カレント深エネルギーシンチルスキャッタリング（CC DIS）におけるcharm生成を用いて改善すること。
• 将来のLHeCデータが、擬似データシミュレーションを通じてstrange PDFの不確実性低減に与える影響を評価すること。
• 固定フレーバー数スキーム（FFNS）と可変フレーバー数スキーム（VFNS）の両方を用いた理論的予測の比較を通し、多スケール計算における違いを強調すること。
• LHCデータとは異なった補足的プローブとして、charm生成が陽子内のstrangenessを制約する上で果たす役割を評価すること。

提案手法

• 研究はXFITTERフレームワークを用いて、LHeCエネルギーにおけるCC DISにおけるcharm生成の理論的予測を計算する。
• 理論的不確実性と異なる理論的アプローチ間の整合性を比較するため、固定フレーバー数スキーム（FFNS）と可変フレーバー数スキーム（VFNS）の両方を実装する。
• 理論的予測に基づいてLHeCの擬似データを生成し、将来の実験的制約によるPDFへの影響をシミュレートする。
• 構造関数F2^cへの寄与を分離するために、strangeクォークとcharmクォークを含む部分的過程を分析する。
• 重クォーク質量効果を考慮し、c → cgのような過程からの最終状態特異的項を分離することで、実験観測量と整合性を保つ。
• VFNSにおけるマッチングスケールの文脈で、結合定数αsと有効な励起フレーバー数（Neff）の相乗的相互作用を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHeCにおけるチャージド・カレントDISでのcharm生成は、現在のグローバルフィットと比較して、strangeクォークPDFの制約をどの程度改善するか？
• RQ2 FFNSとFONLL-Bスキームの理論的不確実性が、strange PDF抽出に与える影響は何か？
• RQ3 高統計的LHeCデータが、strange海クォーク分布関数s(x) + s̄(x)の不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ4 異なる理論的スキーム（FFNS対VFNS）が、包括的charm生成断面積の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ5 最終状態特異的項とクォーク質量効果は、高次のF2^c構造関数を定義する上で、どの程度の役割を果たすか？

主な発見

• 広い運動量領域をカバーする高統計的LHeCデータは、strangeクォークパートン分布関数の不確実性を顕著に低減できる可能性がある。
• FFNS AとFONLL-Bスキームの比較から、特に大Q2領域で理論的予測に顕著な差が生じることが判明し、高次補正の重要性が強調された。
• XFITTERにおける固定フレーバーと可変フレーバースキームの両方の組み合わせにより、charm生成断面積における理論的不確実性の堅実な評価が可能になった。
• c → cgのような過程からの最終状態特異的項は、破片化関数に適切に分離されなければならない。これにより、実験的測定と整合性が保たれる。
• 特に多スケール計算において、軽クォークと重クォークのループ寄与が重複するため、完全な包括的F2^cの定義には課題があることが判明した。
• 結果は、LHeCデータが、正確な理論的モデルと組み合わせることで、LHCデータとは異なった補足的プローブとして、陽子内のstrangenessを制約する強力な手段であることを支持している。