[論文レビュー] xFitter: An Open Source QCD Analysis Framework - A resource and reference document for the Snowmass study

Abdolmaleki, Hamed, Amoroso, Simone+20 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 14

ひとこと要約

xFitter は、HERA、テバトロン、LHC のデータを用いて、パートン分布関数（PDFs）および関連する量の高精度決定を可能にする、オープンソースでモジュラーな C++ フレームワークである。NNLO QCD、NLO QED、小 x リスミング、TMD、核およびメソン PDF をサポートし、ヒッグス物理学、BSM 探索、将来の加速器研究に応用可能である。

ABSTRACT

We provide an overview of the xFitter open-source software package, review the general capabilities of the program, and highlight applications relevant to the Snowmass study. An updated version of the program (2.2.0) is available on CERN GitLab, a and this has been updated to a C++ codebase with enhanced and extended features. We also discuss some of the ongoing and future code developments that may be useful for precision studies. We survey recent analyses performed by the xFitter developers' team including: W and Z production, photon PDFs, Drell-Yan forward-backward asymmetry studies, resummation of small-x contributions, heavy quark production, constraints on the strange PDF, determination of the pion PDF, and determination of the pion Fragmentation Functions. Finally, we briefly summarize selected applications of xFitter in the literature. The xFitter program is a versatile, flexible, modular, and comprehensive tool that can provide impact studies for possible future facilities. We encourage the use of xFitter, and welcome new contributions from the community.

研究の動機と目的

• LHC や将来の加速器向けに、PDF の精度を向上させるための柔軟でオープンソースのフレームワークを提供すること。
• NNLO QCD、NLO QED、小 x リスミング、TMD 分布などの高度な理論ツールをサポートすること。
• 疑似データと再重み付け技術を用いて、LHeC や EIC のような将来の施設の影響を評価すること。
• 核 PDF、パイオン PDF、および分岐関数への PDF 分析の拡張を通じて、はやりん構造の高精度な研究を可能にすること。
• 改善された PDF と SMEFT 応用を活用して、BSM 物理の感度を高めることにより、BSM 物理を支援すること。

提案手法

• QCDNUM、APFEL、LHAPDF、FastNLO などの QCD 演算ツールとのインターフェースを備えたモジュラー C++ コードベースを使用する。
• 固定標的に基づく実験データ、HERA、テバトロン、LHC 実験のデータを用いた χ² 最小化によるグローバル PDF フィットを実行する。
• ヘシアンとモンテカルロ（例：NNPDF 方式）の PDF 不確実性セットをサポートし、新たなデータ制約の再重み付けも可能である。
• HELL コードを介して小 x リスミングを実装し、DGLAP 分裂関数および係数関数の改善を図る。
• CCFM およびパートン分岐進化形式を用いた TMD PDF の抽出を可能にし、TMDlib I/O サポートを備える。
• NLO QED 紛失を統合し、NNLO QCD と整合した形で光子 PDF を一貫して計算可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 xFitter は、LHC、HERA、テバトロンのデータをグローバルにフィットさせることで、陽子 PDF の精度をどのように向上させることができるか？
• RQ2 小 x リスミングは、低 x における HERA 統合 DIS データの記述にどのような影響を与えるか？
• RQ3 NLO QED 紛失は、光子 PDF の決定およびアイソスピン破れ効果にどのように影響するか？
• RQ4 xFitter の再重み付けおよびプロファイリングツールは、スリー PDF およびバリエンスクォーク分布をどの程度まで制約できるか？
• RQ5 xFitter を用いて、疑似データ研究を通じて、LHeC や EIC のような将来の加速器が新しい物理にどの程度感度を持つかをどのように評価できるか？

主な発見

• xFitter 2.2.0 リリースでは、完全に移行された C++ コードベースが提供され、モジュラー性が向上し、NNLO まで対応した高度な QCD フィットが可能になった。
• 小 x リスミングは、特に低 x において、結合 HERA I+II データの記述を顕著に改善することが示された。柔軟な PDF パラメータ化を用いたフィットでその有効性が確認された。
• NLO QED 紛失は正常に実装され、NNLO QCD と NLO QED の精度で光子 PDF の決定が可能になった。
• xFitter は、LHeC のチタニウム生成および前後方向 Drell-Yan 異常性の疑似データを用いて、スリー PDF に対する高精度な制約を可能にした。
• フレームワークはパイオン PDF および分岐関数の決定をサポートし、メソン構造研究への応用範囲を拡大した。
• xFitter は 100 件以上の解析に使用されており、LHC の研究にも応用されている。ヒッグス物理学、BSM 探索、SMEFT を用いた高精度研究の分野で活発に利用されている。