[논문 리뷰] An Update of the ABMP16 PDF Fit

S. Alekhin, Johannes Bluemlein외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 최근의 고정밀도 LHC 데이터(7 TeV에서의 W- 및 Z 보손 생성)와 최종적인 HERA 데이터(깊은비탄성산란에서의 c- 및 b-쿼크 생성)를 통합하여 ABMP16 프로톤 파르톤 분포함수(PDFs)의 업데이트된 버전을 제시한다. 포함된 DIS 데이터에 대해 Q² > 10 GeV²의 엄격한 절단 조건을 적용함으로써, 작은 x에서의 고차-twist 효과가 억제되어 더 견고한 글루온 분포와 작은 x에서 상위 쿼크와의 평균에 가까운 이상적인 스트레인지 해성 쿼크 분포를 얻게 되며, 중간 x에서는 약 0.5 배로 억제된다. 비공진 상태의 γ*/Z 생성 데이터는 광자로 시작하는 과정을 피팅에 포함시킴으로써 성공적으로 기술된다.

ABSTRACT

We present an updated version of the ABMP16 nucleon PDFs, which is tuned by using recent precise data on $W$- and $Z/\gamma^*$-production at the LHC and the final HERA data on DIS $c$- and $b$-quark production and by imposing a stringent $Q^2$-cut on the inclusive DIS data in order to avoid the impact of higher twist terms at small $x$ at HERA. The new $W$- and $Z$-boson production data, in particular the updated version of the ATLAS data at the c.m.s. energy 7 TeV, are well accommodated into the present fit. The strange sea distribution obtained is consistent with the average of the up and down quark ones at small $x$. However, it is still suppressed with respect to the non-strange one by a factor of $\sim 0.5$ at moderate $x$. The small-$x$ gluon distribution is enhanced as compared to the previous ABMP16 fit, in line with updated data on the DIS $c$-quark production. Finally, a good description of the non-resonant $\gamma^*/Z$-production data, which are included into the ABM analysis for the first time, is achieved provided the photon-initiated lepton pair production is taken into account.

연구 동기 및 목표

• 최근의 고통계 LHC 데이터(7 TeV에서의 W- 및 Z 보손 생성)를 통합함으로써 ABMP16 프로톤 파르톤 분포함수(PDFs)의 정밀도와 신뢰성을 향상시키기 위해.
• 작은 x에서 포함된 깊은비탄성산란(DIS) 데이터의 고차-twist 기여로 인한 잠재적 편향을 제거하기 위해 HERA의 포함 DIS 데이터에 대해 Q² > 10 GeV²의 엄격한 절단 조건을 적용하기 위해.
• c- 및 b-쿼크 생성에 대한 업데이트된 HERA 데이터가 글루온 및 스트레인지 해성 쿼크 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 비공진 상태의 γ*/Z 생성 데이터를 글로벌 PDF 피팅에 처음으로 포함하고, 광자로 시작하는 기여를 고려하여 그 기술의 타당성을 검증하기 위해.
• 최근 ATLAS에서 발표한 충전 레프톤 비대칭성 및 Drell-Yan 횡단면 데이터와의 일관성을 평가하기 위해 FEWZ 3.1과 같은 고급 이론 도구를 사용하기 위해.

제안 방법

• W/Z 보손 및 Drell-Yan 예측을 위해 FEWZ 3.1 코드를 사용하는 다음 다음 최고 순서(Next-to-Next-to-Leading Order, NNLO) QCD 계산을 기반으로 프로톤 PDFs에 대한 글로벌 피팅을 수행한다.
• HERA의 포함 DIS 데이터에 대해 Q² > 10 GeV²의 새로운 절단 조건을 적용하여 고차-twist 기여를 억제함으로써 포함 및 반포함 데이터 세트 간의 일관성을 향상시킨다.
• 스트레인지 해성 쿼크 분포는 c- 및 b-쿼크 생성 데이터와 포함 DIS 데이터를 결합하여 비교함으로써 제약을 받으며, 다양한 데이터 유형 간의 일관성을 확보한다.
• 광자로 시작하는 레프톤 쌍 생성(γγ → l⁺l⁻)은 동적으로 결정된 광자 분포를 통해 피팅에 포함되며, 비공진 상태 Drell-Yan 데이터와의 일치도를 향상시킨다.
• √s = 7 TeV에서의 ATLAS W/Z 생성 데이터가 피팅에 포함되며, NNLO에서 χ²/NDP = 69/61로 나타나 데이터와의 양호한 일치를 보인다.
• 이론적 예측의 체계적 불확실성은 FEWZ 3.1 및 DYNNLO 1.4 도구를 사용하여 평가되었으며, 데이터와의 전체적인 일치도가 더 우수한 FEWZ 3.1이 선택되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 포함된 DIS 데이터에 대해 Q² > 10 GeV²의 엄격한 절단 조건을 적용할 경우, 작은 x에서의 글루온 및 스트레인지 해성 쿼크 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 7 TeV에서의 업데이트된 ATLAS W- 및 Z 보손 생성 데이터는 스트레인지 해성 쿼크 분포와 글루온 PDF에 어떤 정도의 제약을 강화하는가?
• RQ3 ATLAS에서의 비공진 상태 γ*/Z 생성 데이터는 글로벌 PDF 피팅 내에서 일관되게 기술될 수 있는가? 그리고 광자로 시작하는 생성 기여는 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 중간 x에서 업데이트된 ABMP16 PDF 세트는 이전 버전 대비 스트레인지 해성 억제 요소에 대해 어떻게 다른가?
• RQ5 업데이트된 HERA의 c- 및 b-쿼크 생성 데이터는 포함 및 반포함 과정에서 유도된 글루온 분포의 일관성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 업데이트된 ABMP16 PDF 세트(ABMP16upd)는 더 엄격한 Q² 절단 조건과 업데이트된 c-쿼크 데이터에 기인하여 원래 ABMP16 피팅 대비 작은 x에서 글루온 분포가 크게 향상된 것으로 나타났다.
• 스트레인지 해성 쿼크 분포는 작은 x에서 상위 쿼크 분포의 평균과 일치하여, 밸런스 유사 영역에서의 비대칭성이 감소한 것으로 나타났다.
• 중간 x에서는 스트레인지 해성이 비스트레인지 해성에 비해 약 ∼0.5 배로 억제되며, μ² = 20 GeV²에서의 스트레인지-해성 억제 요소 κs(μ² = 20 GeV²) = 0.71(3)을 도출하였다.
• 광자로 시작하는 과정을 고려할 경우, ATLAS의 비공진 상태 γ*/Z 생성 데이터는 잘 기술되었으며, 피팅된 광자 분포는 MRST2004qed 세트보다 더 크다.
• NNLO에서 ATLAS W/Z 데이터에 대한 χ²/NDP는 69/61로 나타나 데이터의 전반적인 기술이 양호하며, 심각한 체계적 편향은 없었다.
• Q² > 10 GeV² 절단 조건의 도입으로 포함 및 반포함 HERA 데이터 간의 일관성이 향상되었으며, 특히 글루온 분포가 c- 및 b-쿼크 생성에서 별도로 추출된 값과 더 잘 일치하게 되었다.