[논문 리뷰] HERAPDF2.0Jets NNLO (prel.), the completion of the HERAPDF2.0 family

A. M. Cooper-Sarkar|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 HERA의 포함형 깊은 비탄성 산란 및 제트 생성 데이터에 대한 다음다음최고순서(NNLO) 전역 피팅을 제시함으로써 HERAPDF2.0 패밀리를 완성한다. HERAPDF2.0Jets NNLO (예비)는 αs(MZ²) = 0.1150 ± 0.0008(exp)⁺⁰.⁰⁰⁰²₋₀.₀⁰⁰⁵(model/parameterisation) ± 0.0006(hadronisation) ± 0.0027(scale)를 도출하였으며, PDF는 αs가 고정되어 있을 때 최소한의 형상 변화를 보이며, 제트 데이터가 글루온 PDF와 독립적으로 αs를 제약하는 데 기여함을 확인한다.

ABSTRACT

The HERAPDF2.0 family, introduced in 2015, is completed with fits HERAPDF2.0Jets NNLO (prel.) based on inclusive HERA data and selected jet production data. The result of a fit with the strong coupling constant, $α_s(M^2_Z)$, free is $α_s(M^2_Z) = 0.1150 \pm 0.0008{ m (exp)} ^{+0.0002}_{-0.0005}$ (model/parameterisation) $\pm 0.0006{ m (hadronisation)} \pm 0.0027 { m (scale)}$. Sets of parton density functions, PDFs, from fits with fixed $α_s(M^2_Z) = 0.115$ and $α_s(M^2_Z) = 0.118$ are presented and compared.

연구 동기 및 목표

• 제트 생성 데이터를 사용하여 전역 PDF 피팅을 다음다음최고순서(NNLO)로 확장함으로써 HERAPDF2.0 패밀리를 완성하는 것.
• 포함형 및 제트 데이터를 NNLO에서 사용하여 강한 상호작용 상수 αs(MZ²)의 정밀도를 향상시키는 것.
• αs가 고정되거나 자유로울 때 제트 데이터가 부분자 입자 분포 함수(PDFs)에 미치는 영향을 평가하는 것.
• Q² 절단값, 스케일 선택, 이론적 불확실성의 변화에 대해 αs 결정의 견고성 평가.
• 이전의 HERAPDF2.0 NNLO 세트(포함형 데이터만 기반)와 비교하여 새로운 NNLO PDF 세트의 일관성과 민감도 평가

제안 방법

• HERA에서의 포함형 ep 산란 및 제트 생성 데이터 총 1343개 데이터 포인트에 대해 QCDNUM 프로그램을 사용하여 전역 피팅을 수행하였으며, 이는 xFitter 프레임워크 내에서 수행되었다.
• 제트 단면적에 대한 NNLO 예측은 NNLOJET를 사용하여 계산하였으며, 빠른 NLO convolution을 위해 Applfast 프레임워크를 통해 fastNLO 및 Applgrid에 인터페이스화하였다.
• 피팅 이전에 제트 단면적 예측에 대해 히드론화이제이션 보정 및 Z⁰ 교환 효과를 적용하였다.
• 분리 및 재정규화 스케일은 NNLO에서 μ² = Q² + pT²로 설정하였으며, 이는 NLO에서의 μf² = Q² 및 μr² = (Q² + pT²)/2와 다름을 나타낸다.
• 불확실성은 실험적, 모델/파rameterisation, 히드론화이제이션, 스케일 변화를 통해 평가되었으며, 스케일 불확실성은 μf 및 μr를 두 배로 변화시켜 평가하였다.
• 중앙값과 실험적 불확실성을 검증하기 위해 αs(MZ²)에 대한 χ² 스캔을 수행하였으며, 저Q² 영향을 테스트하기 위해 다양한 Q²min 임계값에서 추가 점검을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NNLO에서 제트 생성 데이터를 포함함으로써 포함형 데이터만을 사용한 경우에 비해 강한 상호작용 상수 αs(MZ²)의 정밀도가 향상되는가?
• RQ2 αs가 고정되거나 자유로울 때, HERAPDF2.0Jets NNLO PDF 세트와 포함형 데이터만 기반으로 한 HERAPDF2.0 NNLO 세트 간의 PDF 형상과 불확실성에서의 차이점은 무엇인가?
• RQ3 αs(MZ²)의 총 불확실성에서 스케일 불확실성이 얼마나 지배적인가, 그리고 새로운 NNLO 스케일 선택이 이에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 저Q² 또는 저pT 데이터가 αs(MZ²) 결정에 편향을 주는가, 특히 비-DGLAP 효과가 존재할 가능성에 대해 고려할 때 어떻게 되는가?
• RQ5 PDF 및 αs(MZ²)는 파라미터화 및 모델 가정의 변화에 얼마나 민감한가?

주요 결과

• 자유 αs(MZ²)를 가진 NNLO 피팅 결과, αs(MZ²) = 0.1150 ± 0.0008(exp)⁺⁰.⁰⁰⁰²₋₀.₀⁰⁰⁵(model/parameterisation) ± 0.0006(hadronisation) ± 0.0027(scale)를 도출하였으며, χ²/d.o.f.는 1.203이었다.
• 스케일 불확실성 ±0.0027은 이전 NLO 값인 +0.0037/-0.0030보다 현저히 감소하여 이론적 제어력 향상을 나타낸다.
• NNLO 피팅의 χ²/d.o.f.(1.203)는 포함형 데이터 전용 HERAPDF2.0 NNLO 피팅의 1.205와 유사하여 제트 데이터로 인한 긴장이 없음을 확인한다.
• Q²min = 3.5, 10, 20 GeV²에서의 스캔 결과 Δχ²의 최소값이 일관되게 나타나, 저Q² 데이터가 αs(MZ²) 결정에 편향을 주지 않음을 확인한다.
• αs(MZ²) = 0.115 및 0.118로 고정된 PDF는 포함형 데이터 전용 HERAPDF2.0 NNLO 피팅 결과와 매우 유사한 형상을 보이며, αs가 고정되어 있을 때 제트 데이터가 PDF 형상에 크게 영향을 주지 않음을 시사한다.
• 글루온 분포는 αs(MZ²)에 명백한 의존성을 보이며, 이는 글루온 PDF 형상과 αs 값 간의 알려진 상관관계에 부합한다.