[論文レビュー] Recent Progress in Global PDF Analysis

G. Watt, A. D. Martin+2 more|ArXiv.org|Jun 30, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、全粒子分布関数（PDF）解析のためのMSTW 2008を提示し、全データセットが90%信頼区間内に収まるように保証する、固有ベクトルPDFセットにおける動的許容誤差手順を導入する。主な改善点として、更新されたテバトロンRun IIのジェットデータ、新しい電弱測定（レプトンの電荷非対称性、Z粒子の急速度）、および柔軟な奇妙クォーク海のパラメータ化が含まれ、LHCおよびテバトロンにおけるW/Zボソンの断面積予測がより正確になる。

ABSTRACT

We discuss selected topics in the forthcoming MSTW 2008 determination of parton distributions by global analysis. The tolerance parameter controlling the uncertainties on the parton distributions is now determined by a new dynamic procedure for each eigenvector of the covariance matrix. New data sets fitted include Tevatron Run II data on inclusive jet production, the lepton charge asymmetry from W decays and the Z rapidity distribution. Predictions are given for the total W and Z cross sections at the Tevatron and LHC.

研究の動機と目的

• 固有ベクトルPDFセットにおける不確実性評価を改善することで、全粒子分布関数決定の精度と信頼性を高めること。
• インクルーシブジェット生成、レプトンの電荷非対称性、Z粒子の急速度分布を含む、テバトロンRun IIからの高精度な新データを統合し、クォークおよびグルーオン分布を制約すること。
• NuTeV/CCFRのダイミュオンデータを用いて、奇妙クォークおよび反奇妙クォーク分布のパラメータ化を改善し、理論的バイアスを低減し、より柔軟な表現を可能にすること。
• LHCの高精度物理に使用可能な、公開されたLO、NLO、NNLOのPDFセット（各40個の固有ベクトルセットを含む）を更新すること。
• テバトロンおよびLHCにおける全WおよびZボソン生成断面積の正確な予測を提供し、改善された統計的基準に基づく不確実性評価を実施すること。

提案手法

• 各固有ベクトル方向に動的許容誤差手順を適用し、カイ二乗分布（自由度N_n）を用いて、許容誤差パラメータTを設定し、全データセットが90%信頼区間内に収まるようにする。
• ヘシアン法を用いて共分散行列C = H⁻¹を計算し、固有値λ_kおよび正規直交固有ベクトルv_ikを対角化し、固有ベクトルPDFセットの基底を構築する。
• PDFのパラメータ化は、Q₀² = 1 GeV²における修正された$ar{MS}$形式を用い、20自由パラメータ（MRSTから15から増加）を含む。これは、奇妙クォーク海分布のための新しい項（式6および7）と、グルーオン分布における追加の自由パラメータ（式5）を含む。
• fastNLOパッケージを用いて、テバトロンRun IIおよびHERA DISのインクリューシブジェットデータをフィットし、相関する系誤差を完全に扱う。TevatronデータにはNNLOで二段階のしきい値補正を適用する。
• 新しい電弱データを統合する：CDFおよびDØによる、複数の横方向エネルギー領域におけるW→lνのレプトン電荷非対称性測定、およびZ/γ*の急速度分布。これらは主にダウンクォーク分布を制約する。
• 物理的観測量の不確実性は、固有ベクトル法により計算される：$(\Delta F)^2 = (1/4)\sum_k [F(S_k^+) - F(S_k^-)]^2$。各固有ベクトルごとにTを動的に調整し、90%信頼区間内での一貫性を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固有ベクトルPDFセットにおける許容誤差パラメータTを、各固有ベクトル方向ごとに動的に決定することで、全データセットが90%信頼区間内に一貫して収まるようにする方法は何か？
• RQ2 新しいテバトロンRun IIジェットデータおよび電弱測定は、以前の解析と比較して、グルーオンおよびダウンクォーク分布の制約をどの程度改善するか？
• RQ3 NuTeV/CCFRダイミュオン断面積を含めることで、奇妙クォークおよび反奇妙クォーク海分布のパラメータ化にどのような改善がもたらされるか？
• RQ4 更新されたPDFセットは、テバトロンおよびLHCにおける全WおよびZボソン生成断面積の予測にどのように影響するか？
• RQ5 ジェットデータのフィットにおいて、二段階のしきい値補正および相関する系誤差を含めることで、最終的なPDF不確実性および形状にどのような影響が生じるか？

主な発見

• 動的許容誤差手順により、Tの値は一般的に√50（MRSTの基準）に近いが、NuTeV/CCFRダイミュオンデータに関連する固有ベクトルでは顕著に低くなる。これは、奇妙クォーク海分布に対するより厳しい制約を反映している。
• テバトロンRun IIジェットデータの統合により、MRST 2006と比較して、Q² = 10⁴ GeV²におけるMSTW 2008のNNLOグルーオンPDFの高x領域でグルーオン分布が小さくなる。
• 新しい奇妙クォーク海のパラメータ化により、非ゼロの奇妙クォーク海非対称性が可能であるが、90%信頼区間内ではゼロと一致しており、非奇妙クォーク海と比較して、大x領域におけるs(x)の抑制が観察される。
• LHCにおける全WおよびZ断面積の予測値は、WについてNLOおよびNNLOで21.44 nb、ZについてNLOおよびNNLOで2.043 nbであり、以前のセットと比較してわずかな変化にとどまる。
• MRST 2006からMSTW 2008に移行してもW/Z断面積の変化は最小限であり、改善されたデータおよび手法にもかかわらず予測の安定性が保たれている。他のPDFセット（例：CTEQ6.6）との比は、ほとんどのチャネルで1%以内に収まる。
• 公開されたLO、NLO、NNLOのPDFセット（各40個の固有ベクトルセットを含む）は、LHCの稼働に合わせてリリースされる予定であり、高精度ヒッグスおよびベクトルボソン研究における不確実性の妥当な伝搬を可能にする。