[論文レビュー] QCD analysis of $W$- and $Z$-boson production at Tevatron

S. Camarda, P. Belov+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 43被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、HERAFitterフレームワークを用いて、Run IIのTevatron WおよびZボソン生成データの次-leading-order QCD解析を実施し、更新された系統的不確かさの相関を組み込む。この解析により、dバリオンクォーク分布における不確かさが顕著に減少し、グローバルPDFフィットの整合性が向上し、陽子PDFにおけるクォークフレーバー分離の制約が強化されることが示された。

ABSTRACT

Recent measurements of the $W$-boson charge asymmetry and of the $Z$-boson production cross sections, performed at the Tevatron collider in Run II by the D0 and CDF collaborations, are studied using the HERAFitter framework to assess their impact on the proton parton distribution functions (PDFs). The Tevatron measurements, together with deep-inelastic scattering data from HERA, are included in a QCD analysis performed at next-to-leading order, and compared to the predictions obtained using other PDF sets from different groups. Good agreement between measurements and theoretical predictions is observed. The Tevatron data provide significant constraints on the $d$-valence quark distribution.

研究の動機と目的

• グローバルQCDフィットを用いて、Tevatron WおよびZボソン生成測定が陽子部分素粒子分布関数（PDF）に与える影響を評価すること。
• 統計的性質に基づいて、Tevatronデータにおける系統的不確かさの相関構造を再考することで、不確かさのモデル化を改善すること。
• Tevatronデータが現代のPDFセット（CT10nlo、MMHT2014、NNPDF3.0）とどれほど整合しているかを評価し、その制約力の程度を定量化すること。
• 特に低xおよび中x領域において、dバリオンクォークPDFの不確かさを低減するために、プロファイリングおよび再重み付け技術を用いること。
• 今後のグローバルPDF解析においてTevatronデータの重要性を示すことで、バリオンクォーク分布の制約に貢献する役割を促進すること。

提案手法

• HERAFitterを用いて、Tevatron W/ZデータとHERAの深エネルギーシンチレーション散乱（DIS）データを組み合わせた、次次-leading-order（NLO）QCDグローバルフィットを実施する。
• 特定の系統的成分の統計的性質を考慮することで、実験的系統的不確かさの相関モデルを再考し、理論的予測との一致を向上させる。
• Hessianプロファイリングおよびベイジアン再重み付け技術を用いて、TevatronデータがPDF不確かさに与える影響を定量化し、非対称PDF不確かさも含む。
• 適合収束性と柔軟性を向上させるために、線形および指数関数的項を含む新しいPDFパラメータ化を用いる。
• PDF不確かさを含むχ²検定を用いて、データと予測の間の整合性を評価し、信頼性の高い比較を保証する。
• すべてのフィットグリッド、相関モデル、および補足データをHERAFitterプロジェクトのウェブサイトで公開する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatron WおよびZボソン生成測定は、陽子PDFにおけるdバリオンクォーク分布にどのように制約を加えるか？
• RQ2 見直された系統的不確かさの相関が、データと理論的予測との一致に与える影響は何か？
• RQ3 HERAのみのフィットと比較して、TevatronデータはdクォークおよびバリオンクォークPDFの不確かさをどの程度低減するか？
• RQ4 HERAFitter解析の結果は、確立されたPDFセット（CT10nlo、MMHT2014、NNPDF3.0）の予測とどのように比較されるか？
• RQ5 Tevatronデータの組み込みにより、特に低xおよび中x領域において、異なるグローバルPDFフィット間の整合性が向上するか？

主な発見

• Tevatron WおよびZボソンデータは、特に低xおよび中x領域において、dバリオンクォークPDFの不確かさを顕著に低減することが、Hessianプロファイリングによって確認された。
• Tevatronデータを組み込むことで、中x領域におけるdバリオンクォーク分布のPDF不確かさは最大で1.645倍まで低減された。
• 系統的不確かさの相関モデルを見直したことで、特にPDF不確かさをχ²評価に組み込んだ場合、データと予測との一致が向上した。
• PDF不確かさを含むと、自由度あたりのχ²は1に近く、Tevatronデータと3つのPDFセット（CT10nlo、MMHT2014、NNPDF3.0）との整合性が良好であることが示された。
• PDF不確かさを無視すると整合性が著しく悪化するため、グローバルフィットにおいてPDF不確かさを適切に扱う重要性が浮き彫りになった。
• NNPDF3.0の再重み付けでは有効レプリカ数が1（N_eff = 1）にとどまり、データによる強い制約が示されたが、統計的パワーの制限により、結果のPDFは表示されていない。