[論文レビュー] Variable-Flavor-Number Scheme in Analysis of Heavy-Quark Electro-Production Data

S. Alekhin, J. Blümlein+2 more|ArXiv.org|Aug 21, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、包括的 deep-inelastic scattering、Drell-Yan、および di-muon データを用いた部分素粒子分布関数 (PDF) のグローバル QCD フィットにおいて、Buza-Matiounine-Smith-van Neerven (BMSN) 一般質量変動フレーバー数 (GMVFN) 方式の影響を評価する。BMSN GMVFN 方式は、3 フレーバー方式とほとんど同一の PDF を得るが、Tevatron や LHC における W/Z およびトップクォーク生成の予測において顕著な差異はなく、NNLO 精度でグローバル PDF フィットに GMVFN 方式を用いることが妥当であることを裏付ける。

ABSTRACT

We check the impact of the factorization scheme employed in the calculation of the heavy-quark deep-inelastic scattering (DIS) electro-production on the PDFs determined in the NNLO QCD analysis of the world inclusive neutral-current DIS data combined with the ones on the neutrino-nucleon DIS di-muon production and the fixed-target Drell-Yan process. The charm-quark DIS contribution is calculated in the general-mass variable-flavor-number (GMVFN) scheme: At asymptotically large values of the momentum transfer $Q$ it is given by the zero-mass 4-flavor scheme and at the value of $Q$ equal to the charm-quark mass it is smoothly matched with the 3-flavor scheme using the Buza-Matiounine-Smith-van Neerven prescription. The PDFs obtained in this variant of the fit are very similar to the ones obtained in the fit with a 3-flavor scheme employed. Our 5-flavor PDFs derived from the 3-flavor ones using the NNLO matching conditions are used to calculate the rates of $W^{\pm}/Z$ and $t\bar{t}$ production at the Tevatron collider and the LHC at NNLO.

研究の動機と目的

• BMSN 一般質量変動フレーバー数 (GMVFN) 方式がグローバル部分素粒子分布関数 (PDF) フィットに与える影響を評価すること。
• グローバル QCD フィットにおいて、BMSN GMVFN 方式と従来の 3 フレーバー方式との間の物性的結果を比較すること。
• BMSN GMVFN 方式が HERA、Drell-Yan、ニュートリノ-核子 DIS データと NNLO 精度で整合するかどうかを評価すること。
• Tevatron や LHC での高エネルギー衝突現象論に用いるための 5 フレーバー PDF を導出し、比較すること。
• PDF やクォーク質量の変動に起因する W±/Z およびトップクォーク生成断面積の不確実性を定量化すること。

提案手法

• 本研究は、包括的中性荷電-current DIS、固定標的に基づく Drell-Yan、およびニュートリノ-核子 di-muon 生成データに対するグローバル NNLO QCD フィットを実施する。
• charm クォークの構造関数 F₂ᶜ は、BMSN GMVFN 方式で計算され、Q = m_c における 3 フレーバー方式と 4 フレーバー方式の滑らかな一致を保証する。
• 3 フレーバー方式をベンチマークとして用い、直接的な PDF 抽出と物性的予測を通じて BMSN GMVFN 方式と比較する。
• PDF 演化、係数関数、および重クォークの電磁生成に対する NLO 紛失補正がフィットに組み込まれる。
• BMSN 計算法からの NNLO 一致条件を用いて、3 フレーバー PDF から 5 フレーバー PDF を構築する。
• Tevatron や LHC における W±/Z および t̄t 生成断面積の予測を NNLO で計算し、データ、PDF、クォーク質量からの不確実性を伝搬する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BMSN GMVFN 方式は、グローバルフィットにおいて 3 フレーバー方式と顕著に異なる PDF を生成するか？
• RQ2 HERA の F₂ᶜ データは、3 フレーバー方式と BMSN GMVFN 方式の選択に対してどれほど感受的か？
• RQ3 重クォーク構造関数の違いが、Tevatron や LHC における W±/Z およびトップクォーク生成断面積にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 得られた 5 フレーバー PDF は、MSTW08 や JR と比較して、グルーオンおよび重クォーク分布においてどのように異なるか？
• RQ5 PDF フィットから生じるトップクォークおよび W/Z 生成率の主な不確実性源は何か？

主な発見

• BMSN GMVFN 方式は、3 フレーバー方式とほぼ同一の PDF を得るが、データの実験的不確実性の範囲内に収まる差異にとどまる。
• HERA の F₂ᶜ データは、3 フレーバー方式と BMSN GMVFN 方式の違いに対して顕著に感受的ではなく、x ~ 0.003 でもデータ誤差より小さい差異である。
• BMSN 計算法の NNLO 一致条件を用いて 3 フレーバー フィットから導出した 5 フレーバー PDF は、μ = 2 GeV において MSTW08 と良好に一致するが、x < 0.0005 の小 x 範囲でグルーオン分布が大きくなる。これは H1 F_L データと整合的である。
• 本研究の PDF セットにおけるグルーオン分布は、特に x ~ 10⁻⁵ 未満の小 x で MSTW08 よりも大きいが、これは H1 F_L 測定と整合的である。
• Tevatron や LHC における W±/Z および t̄t 生成断面積は、PDF 不確実性が 1–2% に抑えられ、これらはランプモニタとして適している。
• LHC エネルギーにおける t̄t 生成断面積は、本分析では MSTW08 よりも小さい。これはグルーオン分布が小さいためであり、t̄t 生成は異なる PDF セットを区別できる可能性を示唆している。