[論文レビュー] The PDF4LHC Working Group Interim Recommendations

M. Botje, J. M. Butterworth+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 488

ひとこと要約

本稿では、LHCの断面積予測におけるPDFおよび$α_s$の不確実性を推定する実用的でコンSENSUSに基づく手法を提案する。この手法は、NLOでCTEQ6.6、MSTW2008、NNPDF2.0の3つの主要PDFセットを組み合わせ、NNLOにまで外挿する。主な革新点は、個々のPDF不確実性帯のエンベロープを用いて、保守的で実験的に関連性のある不確実性推定を行うことであり、7および14 TeVでのヒッグス粒子生成断面積計算を通じて検証されている。

ABSTRACT

This note provides an interim summary of the current recommendations of the PDF4LHC working group for the use of parton distribution functions (PDFs) and of PDF uncertainties at the LHC, for cross section and cross section uncertainty calculations. It also contains a succinct user guide to the computation of PDF uncertainties and correlations using available PDF sets. A companion note (the PDF4LHC Working Group Interim Report) summarizes predictions for benchmark cross sections at the LHC (7 TeV) at NLO using modern PDFs currently available from 6 PDF fitting groups.

研究の動機と目的

• LHC断面積予測におけるPDFおよび強い結合定数の不確実性を推定する現実的で実験的に実用可能なプロトコルを提供すること。
• CTEQ、MSTW、NNPDFといった主要PDFセット間の差を、特定のセットを優遇しない形で統合し、LHC解析に耐えうる堅牢性を確保すること。
• 個々のPDF不確実性とセット間の乖離を反映した、PDFおよび$α_s$不確実性を組み合わせる標準化された手法を確立すること。
• 複数のNNLO PDFセットが存在しない状況を踏まえ、NLOでの不確実性推定をNLOのエンベロープ幅に基づくスケーリング手順を用いてNNLOに外挿すること。
• LHC実験者および理論家が、グルーオン融合によるヒッグス生成といったベンチマーク過程に対して一貫性があり信頼性の高い不確実性推定を行うのを支援すること。

提案手法

• NLOで、CTEQ6.6、MSTW2008nlo68cl、NNPDF2.0を用いてヒッグス断面積を計算し、それぞれの推奨される$α_s(m_Z)$値（0.118、0.1207、0.119）を適用する。
• 各PDFセットについて、PDF+$\alpha_s$不確実性帯をPDF4LHC一時報告書に詳述された共同研究特有のルールに従って計算する。
• 3つの個別不確実性帯のエンベロープを形成することで、保守的で統合された不確実性推定を得る。
• 中央値をエンベロープの中点として定義し、不確suretyをその中点から両端までの距離として定義する。
• NNLOでは、複数のNNLO PDFセットが存在しないことから、MSTW2008nnlo68clのみを用い、NLOのエンベロープ幅とMSTW2008nlo68cl幅の比に基づくスケーリングを用いてその不確実性帯を再スケーリングする。
• スケーリング係数はヒッグス粒子の質量、加速器エネルギー、タイプに依存し、これを用いてNNLOのエンベロープに類似した不確実性帯を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数のPDFセットが断面積予測で不一致を示す状況において、一貫性があり保守的なPDFおよび$α_s$不確実性の推定をどのように得られるか？
• RQ2 CTEQ、MSTW、NNPDFのセットからの不確実性を、真の不確実性を過大または過小に評価しない形で、最も実用的に統合する方法は何か？
• RQ3 複数のグローバルなNNLO PDFセットが1つ（MSTW2008nnlo）しか存在しない状況で、NLOの結果からNNLOの不確実性推定を信頼性を持って外挿するにはどうすればよいか？
• RQ4 PDFの中央値および不確実性におけるセット間の差が、ヒッグス生成におけるLHC断面積予測の信頼性にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 異なる$α_s(m_Z)$値が統合不確実性帯に与える影響は何か？また、PDFセット間で一貫してこれを扱うにはどうすればよいか？

主な発見

• CTEQ6.6、MSTW2008nlo68cl、NNPDF2.0の3つのNLO PDF+$\alpha_s$不確実性帯のエンベロープは、ヒッグス生成断面積における総不確実性の保守的で実験的に頑健な推定を提供する。
• NNLOにおけるMSTW2008nnlo68cl不確実性帯のスケーリング係数は約2であるが、ヒッグス粒子の質量、加速器エネルギー、タイプに依存して非自明に変化する。
• 統合されたNLO不確実性帯は、個々のPDFセットよりも広い範囲をカバーしており、内在するPDF不確実性とセット間の乖離の両方を反映している。
• MSTW2008のNLOおよびNNLO不確実性帯は形状および大きさにおいて非常に類似しており、NNLOへの外挿に向けたスケーリング手法の妥当性が裏付けられた。
• この手法は、個々のPDF不確実性に接続されたまま、PDFセット間のシステム的差を考慮に入れた不確実性推定を保証する。
• 勧告は実用的であり、特にCTEQおよびMSTWに依存する既存のLHC実験的手法と後方互換性を持つように設計されている。