[論文レビュー] The effects of combined HERA and recent Tevatron W - > lepton neutrino charge asymmetry data on the MSTW PDFs

R. S. Thorne, A. D. Martin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、MSTWグローバルなパートン分布フィットに、組み合わせたHERA中性荷電構造関数データと最近のTevatron W→ℓν電荷非対称性測定値が与える影響を調査する。組み合わせたHERAデータは、TevatronおよびLHCにおけるZおよびヒッグス粒子生成の断面積予測に2–3%の変化を引き起こすが、Tevatron非対称性データは、特にDØのミュオンおよび電子データに対して、顕著な矛盾を示しており、これを解消するには、重水素の核補正を大幅に修正する必要がある。研究は、現在のPDFが有効であると結論づけるが、重水素データにおける核効果のより良い取り扱いの必要性を強調する。

ABSTRACT

We examine the effect of including the `combined' HERA structure function data in the MSTW global fit for parton distribution functions (PDFs). The combined neutral-current HERA data have a significant, if not dramatic, effect, of up to 2--3% at NLO for Z boson and Higgs production at the Tevatron and LHC, and a generally slightly smaller effect, particularly on LHC processes, at NNLO. This is an amount comparable, or less than, the typical PDF uncertainties, and hence we do not intend to release an imminent update to the MSTW 2008 fit. We also investigate the consistency with the recent D0 data on electron and muon charge asymmetry from W decays and the direct CDF measurement of the W charge asymmetry. The D0 lepton charge asymmetry data imply a fairly large change to the down-quark distribution and/or large nuclear corrections to be applied when fitting to deuterium structure function data, while the CDF W charge asymmetry data are more consistent with the existing PDFs. However, it is difficult to reconcile all of the Tevatron W -> lepton neutrino charge asymmetry data sets with the fit, and to some extent, with each other.

研究の動機と目的

• 組み合わせたHERA中性荷電構造関数データがMSTW 2008グローバルPDFフィットに与える影響を評価すること。
• 最近のDØおよびCDF W→ℓνレプトン電荷非対称性データが、既存のMSTW PDFと整合するかを評価すること。
• 重水素構造関数データにおける核補正が、Tevatron非対称性測定値と理論的予測との乖離を解消できるかを調査すること。
• 新規データがMSTW 2008 PDFセットの即時の更新を必要とするかどうかを特定すること。

提案手法

• 系統的誤差を平方和で取り扱い、組み合わせたHERA中性荷電データを用いてMSTW 2008 PDFのグローバルフィットを実施する。
• 効果を分離するために、HERA構造関数データのみを含むフィットを実施し、フルMSTW 2008グローバルフィットと比較する。
• Tevatron W→ℓν電荷非対称性データ（DØ（電子およびミュオン）およびCDF）をグローバルフィットに含め、適合度をχ²比較により評価する。
• 重水素核補正を、4つの調整可能なパラメータを持つ滑らかなQ²に依存しない関数として、フィットに自由パラメータとして導入する。
• Zおよびヒッグス生成の断面積予測におけるパートン分布の変化を比較することで、PDFに与える影響を定量化する。
• 異なるデータセット（DØ e⁻、DØ μ⁻、CDF W）の適合度およびグローバルフィットとの整合性を評価し、特に重水素補正の仮定を変化させた場合に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 組み合わせたHERA中性荷電構造関数データは、MSTW 2008 PDFおよびコライダー過程の予測にどのような影響を与えるか？
• RQ2 最近のDØおよびCDF W→ℓνレプトン電荷非対称性データは、既存のMSTW 2008 PDFとどの程度整合するか？
• RQ3 改善された重水素核補正は、Tevatron非対称性データと理論的PDF予測との間の緊張を解消できるか？
• RQ4 DØ電子、DØミュオン、およびCDF W電荷非対称性データの間の乖離は、現在の理論的不確実性の範囲内に収まるか、それとも新しい物理または補正を要するか？
• RQ5 新規データの組み込みが、MSTW 2008 PDFセットの即時の更新を必要とするか？

主な発見

• 組み合わせたHERAデータの組み込みにより、TevatronおよびLHCにおけるZおよびヒッグス生成断面積予測に2–3%の変化が生じ、NNLOではわずかに小さい影響を示す。
• NNLO（575/553）ではHERAデータのフィット品質がNLO（600/553）よりも向上し、αS(MZ²)は0.1171から0.1181に増加する。
• DØレプトン電荷非対称性データは、良好なフィットを得るためには顕著な重水素核補正が必要であり、特にミュオンデータではx ≈ 0.4におけるダウンクォーク分布が10%増加する。
• CDF W電荷非対称性データは、既存のMSTW 2008 PDFとより整合性が高く、χ² ≈ 28/13であるのに対し、DØデータはより大きな緊張を示す。
• DØ電子およびミュオンデータを同時に良好にフィットすることは、極めて不自然な重水素補正を導入しない限り不可能であり、これは両データセット間に根本的な不整合があることを示唆する。
• 本研究は、新規データがMSTW 2008 PDFを無効にすることはないが、明確なPDF更新を行う前に、重水素データにおける核効果のさらなる検討が不可欠であると結論づける。