[論文レビュー] Top production at the LHC: The impact of PDF uncertainties
 and correlations

Alberto Guffanti, Juan Rojo|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、LHCにおけるトップクォーク対（t¯t）およびシングルトップ生成における部分子分布関数（PDF）の不確実性および相関の影響を調査する。NLO QCD計算を用い、NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008、ABKM09、HERAPDF1.0の複数のPDFセットを含むが、PDFの不確実性がトップ生成における理論的不確実性を支配しており、特にボトムクォーク質量が主要因となるシングルトップ生成において顕著である。本研究の鍵となる発見は、t¯tと電弱的ベクトルボソン（W±, Z⁰）の断面積間に強い負の相関が存在することであり、これは、正確なベクトルボソン生成測定を用いることで、初期LHCにおけるトップ断面積測定のPDF不確実性を低減できる可能性を示唆している。

ABSTRACT

In this contribution we discuss the impact of PDF uncertainties on t¯t and t-channel single-top production at the LHC. We present predictions for total cross-sections computed at NLO accuracy with different PDF sets. For singletop production, we point out that the uncertainty arising from the choice of the bottom quark mass is one of the dominant theoretical uncertainties on the total
 cross-section. Finally, the possibility of using PDF-induced correlations between top quark and electroweak vector boson production cross-sections to improve the
 accuracy of LHC measurements is investigated.

研究の動機と目的

• . LHCにおけるt¯tおよびシングルトップ生成断面積に及ぼすPDF不確実性の影響を評価すること。
• . シングルトップ生成における理論的不確実性の主因を特定すること、特にボトムクォーク質量の役割を特定すること。
• . トップクォーク生成と電弱的ベクトルボソン生成断面積の間のPDF由来の相関を調査すること。
• . ベクトルボソン断面積の正確な測定が、初期LHCデータにおけるトップクォーク断面積測定のPDF不確実性を低減する可能性を評価すること。

提案手法

• . √s = 7 TeVにおけるt¯tおよびシングルトップ断面積に対して、MCFMコードを用いたNLO QCD計算を用いる。
• . NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008、ABKM09、HERAPDF1.0の複数のグローバルおよび縮小版PDFセットの予測を比較する。
• . 入力パラメータの系統的変動により、αs、mb、PDF光度の寄与を分離して不確実性を定量化する。
• . モンテカルロ手法を用いたNNPDF手法を適用し、PDF不確実性を推定するとともに、部分子密度と断面積の間の相関を計算する。
• . NNPDF2.0グローバルフィットを用いて、t¯t／シングルトップとW±／Z⁰断面積の間の相関係数を計算する。
• . 相関楕円を可視化し、トップ生成とベクトルボソン生成の間の負の相関の強度を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . PDF不確実性は、LHCにおけるt¯tおよびシングルトップ生成断面積予測にどのように影響を与えるか？
• RQ2 . ボトムクォーク質量は、シングルトップ生成における理論的不確実性にどの程度寄与しているか？
• RQ3 . 共通するPDF不確実性に起因して、トップクォーク生成と電弱的ベクトルボソン生成断面積間に顕著な相関が存在するか？
• RQ4 . ベクトルボソン生成の正確な測定を用いて、トップクォーク断面積測定におけるPDF不確実性を制約できるか？

主な発見

• . 異なるPDFセット（NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008）によるt¯t断面積中央値予測は1σ不確実性内で一致するが、データセットが縮小されたセット（ABKM09、HERAPDF1.0）ではより大きな乖離を示す。
• . 7 TeVにおけるt¯t断面積は、NNPDF2.0を用いると160.0 ± 5.9 pb、MSTW2008を用いると159.0 ± 4.7 pb、CTEQ6.6を用いると147.7 ± 6.4 pbと予測される。
• . シングルトップ生成においては、ボトムクォーク質量の選択が理論的不確実性の主因となり、αsを固定してもPDFセットによって予測値が顕著に異なる。
• . 7 TeVにおけるtチャネルシングルトップ断面積は、NNPDF2.0を用いると43.9 pbと予測され、不確実性は主にPDFの変動に起因する。
• . t¯t断面積とW±／Z⁰断面積の間に強い負の相関（ρ ≈ -0.7）が確認され、これは正確なベクトルボソン測定を用いることで、トップクォーク断面積のPDF由来不確実性を低減できる可能性を示唆している。
• . tチャネルシングルトップとベクトルボソン断面積の間の相関は弱く（ρ ≈ 0.1–0.3）、ベクトルボソン測定によるシングルトップ断面積のキャリブレーションの有用性は限定的である。