[論文レビュー] Unbiased global determination of parton distributions and their uncertainties at NNLO and at LO

Richard D. Ball, Valerio Bertone+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 47被引用数 28

ひとこと要約

本稿では、FONLLスキームを用いて重いクォーク質量を組み込んだNNPDF手法を用いて、leading-order (LO) および next-to-next-to-leading-order (NNLO) における核子の一部確率分布関数 (PDFs) のグローバル決定を提示する。NNLO補正に対するPDFの安定性、摂動的収束性の向上、運動量和則の精度向上が確認され、LHCの素粒子物理学的現象に顕著な影響を与える一方で、αs、mc、mbの値の変動に伴いPDFの不確実性が変化することが示された。

ABSTRACT

We present a determination of the parton distributions of the nucleon from a global set of hard scattering data using the NNPDF methodology at LO and NNLO in perturbative QCD, thereby generalizing to these orders the NNPDF2.1 NLO parton set. Heavy quark masses are included using the so-called FONLL method, which is benchmarked here at NNLO. We demonstrate the stability of PDFs upon inclusion of NNLO corrections, and we investigate the convergence of the perturbative expansion by comparing LO, NLO and NNLO results. We show that the momentum sum rule can be tested with increasing accuracy at LO, NLO and NNLO. We discuss the impact of NNLO corrections on collider phenomenology, specifically by comparing to recent LHC data. We present PDF determinations using a range of values of αs, mc and mb. We also present PDF determinations based on various subsets of the global dataset, show that they generally lead to less accurate phenomenology, and discuss the possibility of future PDF determinations based on collider data only. © 2011 Elsevier B.V.

研究の動機と目的

• 摂動QCDにおけるLOおよびNNLOに拡張されたNNPDF2.1 NLO PDFセットの精度向上を目的とする。
• NNLO補正を含めた際のPDFの安定性および収束性を調査すること。
• 最近のLHCデータを用いて、NNLO補正がコライダーの素粒子物理学的現象に与える影響を評価すること。
• αs、mc、mbの変動に対するPDFの感度を評価すること。
• サブセットデータセットを分析することで、将来のPDF決定が衝突実験データのみに依存できるかの可能性を検討すること。

提案手法

• LOおよびNNLOにおけるハード散乱データのグローバルフィットをNNPDF手法を用いて実施する。
• FONLL手法を用いて、PDF決定における重いクォーク質量（mc、mb）を一貫して組み込む。
• 誤差伝搬を用いてPDFの不確実性を評価するため、モンテカルロアプローチを採用する。
• LO、NLO、NNLOの結果を比較し、摂動的収束性および安定性を評価する。
• 各オーダーにおいて運動量和則のテストを行い、PDFセットの整合性を検証する。
• αs、mc、mbの値を変化させたフィットを実施し、それらがPDFの形状および不確実性に与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO補正は、グローバル部分確率分布関数の安定性および精度にどのように影響するか？
• RQ2 NNLO補正の組み込みにより、PDFフィットにおける摂動QCD級数展開の収束性はどの程度向上するか？
• RQ3 αs、mc、mbの変動は、結果として得られるPDFセットおよびその不確実性にどのように影響するか？
• RQ4 運動量和則はLO、NLO、NNLOの段階で精度を高めてテスト可能であり、PDFの整合性に何を示唆するか？
• RQ5 グローバルデータセットのサブセットを用いたフィットでは、どの程度現象論的精度が低下するか？これは、将来的に衝突実験データのみに依存したPDF決定が可能であるかに何を示唆するか？

主な発見

• NNLO補正により、中央値PDFに顕著なシフトが生じず、PDFセットが安定的かつ一貫的であることが示された。これは、グローバルフィットの頑健性を示している。
• 摂動的展開はNNLOで収束性が向上し、スケール依存性が低減され、LHCデータとの整合性が向上した。
• 運動量和則は、LO、NLO、NNLOの各段階で精度が向上し、PDFセットの信頼性を支持する。
• αs、mc、mbの変動は、PDFの形状および不確実性に顕著な変化をもたらし、正確な入力パラメータの重要性を強調している。
• グローバルデータセットのサブセットを用いたフィットでは、現象論的精度が低下した。これは、多様なデータタイプを統合したグローバルフィットが、頑健なPDF決定に不可欠であることを示唆している。
• 本研究は、将来的に衝突実験データのみに依存したPDF決定が可能であることを支持しているが、現時点ではグローバルフィットが精度および整合性において優れている。