[論文レビュー] Progress in the NNPDF global analysis

Christopher S. Deans|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、LHCデータを含む最初で唯一の公開可能なPDFセットであるNNPDF2.3グローバルパートン分布関数（PDF）セットを提示する。これはグルーオンおよびクォーク分布の制約を向上させる。また、負のPDF値を小さな正の数に置き換えることで、モンテカルロイベントジェネレータに適合する正定値NLO PDFセットを導入し、データフィット品質を維持しながら、数値的問題のない安定なイベント生成を可能にする。

ABSTRACT

We report on recent progress in the NNPDF framework of global PDF analysis. The NNPDF2.3 set is the first and only available PDF set with includes LHC data. A recent benchmark comparison of NNPDF2.3 and all other modern NNLO PDF sets with LHC data was performed. We have also studied theoretical uncertainties due to heavy quark renormalization schemes, higher twists and deuterium corrections in PDFs. Finally, we report on the release of positive definite PDF sets, based on the NNPDF2.3 analysis, specially suited for use in Monte Carlo event generators.

研究の動機と目的

• LHCデータを組み込んだグローバルPDF解析を開発し、以前のセットよりも陽子構造の制約を向上させること。
• PDFフィットにおける理論的不確実性、特に重クォークスキーム、高次折りたたみ、および原子核効果の取り扱いを改善すること。
• モンテカルロイベントジェネレータと互換性のある正定値NLO PDFセットを生成し、負のPDFによる数値的不安定性を解消すること。
• LHCデータと$χ^2$推定器を用いて、NNPDF2.3を他の次-leading-order（NLO）および次次-leading-order（NNLO）PDFセットと比較してベンチマークすること。
• 理論的不確実性とフィット品質の系統的検証を通じて、NNPDF2.3フレームワークの頑健性を検証すること。

提案手法

• NNPDF2.3グローバルフィットには、ATLAS、CMS、LHCbからのジャット生成および電弱ボソン生成データが含まれており、NNPDF2.1のデータセットを拡張している。
• 理論的不確実性は、固定フレーバー数（FFN）スキーム、高次折りたたみ補正、重水素原子核効果を用いた代替フィットによって評価されている。
• NNPDF2.3 NLO LHAPDFグリッド内の負の値を小さな正の数に置き換えることで、すべての$x$および$Q^2$点で正のPDFを保証する正定値PDFセットが生成されている。
• LHAPDFラッパーを変更し、補間中に正の値を強制することで、イベントジェネレータアプリケーションでの負の出力を防いでいる。
• ベンチマークでは、$χ^2$推定器を用いて、NNPDF2.3、ABM11、HERAPDF1.5、CT10、MSTW08セットの間でパートンラミニosityおよびLHC断面積予測を比較している。
• 理論的仮定の影響は、異なるスキーム間でのPDF形状、$t\bar{t}$断面積、およびフィット品質の比較を通じて評価されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCデータは、NNPDF2.3グローバルフィットにおけるパートン分布関数の決定にどのように影響を与えるか？
• RQ2 固定フレーバー数（FFN）スキームを変動フレーバー数（VFN）スキームと比較して使用した場合、PDFフィットおよびLHC断面積予測にどのような影響を与えるか？
• RQ3 高次折りたたみ補正および重水素原子核効果による理論的不確実性は、グローバルPDF解析においてどの程度顕著か？
• RQ4 グローバルデータへのフィット品質を劣化させることなく、正定値NLO PDFセットを構築することは可能か？
• RQ5 NNPDF2.3 PDFセットは、$t\bar{t}$生成などのLHC観測量を予測する他の現代的NNLO PDFセットと比較して、どの程度優れているか？

主な発見

• NNPDF2.3セットは、LHCデータを含む最初で唯一の公開可能なPDFセットであり、グルーオンおよびクォーク分布の制約が顕著に向上している。
• 固定フレーバー数（FFN）スキームの使用は、大$x$領域のグルーオン分布を抑制し、中間および小$x$領域のクォーク分布を強化するが、特に高$Q^2$および小$x$のHERAデータにおいて、系統的なフィット品質の劣化を引き起こす。
• 高次折りたたみ補正は、その大きさを2倍にした場合でも、PDFフィットにほとんど影響を与えない。重水素原子核補正は、主に大$x$領域のアップ・ダウンクォークの分離に影響を与える。
• $\alpha_s$が同一の場合、$t\bar{t}$全断面積予測はすべてのセットで一貫しており、FFNおよびDISのみのデータセットを用いることで、NNPDF2.3はABM11の予測に近づく。
• 正定値NNPDF2.3 MC PDFセットは、中央値およびレプリカともに、すべての$x$および$Q^2$点で正の値を維持しており、$χ^2$フィット品質が優れている。
• 新しいNNPDF2.3 MC PDFセットはLHAPDF v5.8.9から公開されており、数値的不安定性を回避できる安定で効率的なモンテカルロイベントジェネレータでの利用が可能になっている。