[論文レビュー] Theoretical issues in PDF determination and associated uncertainties

Richard D. Ball, Valerio Bertone+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、LHC精度物理学における全電子的分布関数（PDF）決定における理論的不確実性を調査し、固定フレーバー数スキームと可変フレーバー数スキーム、高次ねじれ補正、および核効果に焦点を当てている。固定フレーバー数スキームはPDFおよびLHCベンチマーク断面積に顕著な影響を及ぼすが、高次ねじれ補正は無視できるほど小さく、核補正は中程度で局所的な効果を示すことが判明した。

ABSTRACT

We study several sources of theoretical uncertainty in the determination of parton distributions (PDFs) which may affect current PDF sets used for precision physics at the Large Hadron Collider, and explain discrepancies between them. We consider in particular the use of fixed-flavor versus variable-flavor number renormalization schemes, higher twist corrections, and nuclear corrections. We perform our study in the framework of the NNPDF2.3 global PDF determination, by quantifying in each case the impact of different theoretical assumptions on the output PDFs. We also study in each case the implications for benchmark cross sections at the LHC. We find that the impact in a global fit of a fixed-flavor number scheme is substantial, the impact of higher twists is negligible, and the impact of nuclear corrections is moderate and circumscribed. © 2013 Elsevier B.V.

研究の動機と目的

• 現在のLHC精度物理学に用いられるグローバルPDF決定に影響を及ぼす理論的不確実性を特定・定量化すること。
• 特に固定フレーバー数（FFNS）と可変フレーバー数（VFNS）の2つのレノルマライゼーションスキームの違いがPDF抽出に与える影響を検討すること。
• 高次ねじれ補正および核効果がPDFの不確実性をどのように形作っているかを評価すること。
• これらの理論的選択がLHCのベンチマーク断面積にどのように影響するかを評価すること。
• NNPDF2.3グローバルフィッティングフレームワーク内での理論的仮定の体系的比較を提供すること。

提案手法

• ベースラインフレームワークとしてNNPDF2.3の手法を用いたグローバルPDFフィットを実施する。
• 理論的仮定を体系的に変化させる：FFNS対VFNS、高次ねじれ補正の導入、核補正の導入。
• 統計的および関数的感度解析を通じて、各仮定が得られるPDFセットに与える影響を定量化する。
• 異なる理論的設定下でLHCにおけるベンチマーク断面積（例：W/Zボソン生成）を計算する。
• 理論的選択に起因する不確実性を評価するためにモンテカルロ誤差伝搬法を用いる。
• 異なる仮定に基づいて得られたPDFセットを比較し、各理論的入力の影響を隔離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定フレーバー数スキームと可変フレーバー数スキームの選択が抽出された部分子分布関数にどのように影響するか？
• RQ2 高次ねじれ補正がPDF決定およびLHC断面積予測に及ぼす定量的影響は何か？
• RQ3 核補正はPDFセットにどのように影響し、その効果は顕著なのか、あるいは特定の運動的領域に限定的なのか？
• RQ4 PDF決定における理論的不確実性がLHC観測量の精度予測にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 どの理論的仮定が、現在のグローバルPDFセット間のばらつきに最も寄与しているか？

主な発見

• 固定フレーバー数スキームの使用は、抽出されたPDFおよびLHCベンチマーク断面積に顕著な影響を及ぼし、これが理論的不確実性の主要因であることが示された。
• 高次ねじれ補正はPDFセットおよび予測された断面積に無視できるほど小さな影響しか及ぼさないため、現在のグローバルフィットでは安全に無視できる。
• 核補正はPDFに中程度で局所的な効果をもたらし、主に特定の運動的領域に影響を及ぼすが、全体の理論的不確実性を支配するものではない。
• 現在のグローバルPDFセットの差は、主にレノルマライゼーションスキームの選択に起因しており、FFNSとVFNSでは顕著に異なる結果が得られる。
• 本研究は、理論的仮定（特に重いクォークの取り扱い）がグローバルPDFフィットにおいて慎重に制御される必要があることを示し、LHCにおける信頼性の高い精度物理学を実現するための基盤を提供する。
• 結果は、特に高精度のLHC測定において、PDF決定における体系的不確実性の評価の重要性を強調している。