[논문 리뷰] PDFs, $\alpha_s$, and quark masses from global fits

S. Alekhin, Johannes Bluemlein외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 HERA, 테바트론, LHC 및 고정된 표적 실험에서의 업데이트된 데이터를 사용하여 양성자 분포 함수(PDFs), 강한 결합 상수 αs, 그리고 중량 쿼크 질량(mc, mb, mt)의 글로벌 피팅을 제시한다. 완전한 NNLO QCD 보정을 적용한 고정된 풍미 수치 수법(FFN)을 사용하여, αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008, mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV, mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV를 도출하였으며, 모든 Q² 영역에서 HERA 데이터와의 일치도가 향상되고, 선행적인 양자역학적 안정성이 확보되었다.

ABSTRACT

The strong coupling constant $\alpha_s$ and the heavy-quark masses, $m_c$, $m_b$, $m_t$ are extracted simultaneosly with the parton distribution functions (PDFs) in the updated ABM12 fit including recent data from CERN-SPS, HERA, Tevatron, and the LHC. The values of \begin{eqnarray} onumber \alpha_s(M_Z)&=&0.1147\pm0.0008~({ m exp.)},\\ onumber m_c(m_c)&=&1.252\pm 0.018~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_b(m_b)&=&3.83\pm0.12~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_t(m_t)&=&160.9\pm1.1~({ m exp.})~{ m GeV} \end{eqnarray} are obtained with the $\overline{MS}$ heavy-quark mass definition being employed throughout the analysis.

연구 동기 및 목표

• 글로벌 피팅을 통해 양성자 분포 함수(PDFs)와 함께 강한 결합 상수 αs 및 중량 쿼크 질량(mc, mb, mt)을 동시에 추출하는 것.
• CERN-SPS, HERA, 테바트론, LHC에서의 최신 깊은 비탄성 산란(DIS) 및 Drell-Yan 데이터를 통합하여 αs 및 쿼크 질량의 정밀도를 향상시키는 것.
• Run I+II HERA의 포함적 DIS 데이터 조합 및 반포괄적 중량 쿼크 생성 데이터의 영향을 αs 및 쿼크 질량 결정에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 완전한 NNLO 보정을 적용한 고정된 풍미 수치 수법(FFN) 체계에서 MS 체계의 중량 쿼크 질량의 양자역학적 안정성과 일관성을 평가하는 것.
• t-쿼크 생성 및 중량 쿼크 DIS 데이터 피팅에서 FFN 체계와 변수 풍미 수치 수법(VFN) 체계의 성능를 비교하는 것.

제안 방법

• ABM12 프레임워크를 사용하여 글로벌 피팅을 수행하였으며, HERA, 테바트론, LHC에서의 DIS, Drell-Yan, 단일 t-쿼크, t¯t 생성 데이터를 포함하였다.
• 질량이 없는 경우와 질량이 있는 경우 모두에 대해 완전한 NNLO QCD 보정을 적용한 고정된 풍미 수치 수법(FFN) 요소화 체계를 사용하였다.
• NNLO 질량 있는 윌슨 계수는 고에너지 渐近 해석에서 유도되었으며, 가용한 NNLO 질량 있는 운영자 매트릭스 요소(OMEs)와 매칭되었으며, 개선된 순수 스필릿 항목이 포함되었다.
• 모든 과정에서 중량 쿼크 질량은 MS 체계를 사용하였으며, 이는 극값 질량보다 더 나은 양자역학적 안정성을 보장한다.
• t¯t 및 t-채널 단일 t-쿼크 생성의 NNLO 단면적을 계산하기 위해 Hathor 코드를 사용하였으며, s-채널 결과는 임계점 근접 근사법을 사용하였다.
• 세로 방향 구조 함수 FL의 고차수 효과(HT)를 포함하고 피팅하였으며, Run I+II HERA 데이터 조합으로 인해 정확도가 향상되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Run I+II HERA의 포함적 DIS 데이터 조합이 αs(MZ) 결정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 반포괄적 중량 쿼크 DIS 데이터는 MS 체계에서 mc 및 mb 질량 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 완전한 NNLO 보정을 적용한 FFN 체계는 t-쿼크 생성 데이터 피팅에서 VFN 체계와 비교하여 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 고차수 기여가 αs 및 세로 방향 구조 함수 FL 결정에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 t¯t 및 단일 t-쿼크 생성 단면적에서 추출한 MS 체계의 탑 쿼크 질량 mt(mt)의 정밀도와 일관성은 어떠한가?

주요 결과

• 업데이트된 글로벌 피팅 결과로 αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008 (실험적 오차)를 도출하였으며, 이는 이전 ABM12 결과 대비 1σ 상향 이동으로, Run I+II HERA 데이터의 통합에 기인한다.
• c-쿼크 질량은 mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV로 도출되었으며, 다양한 데이터 세트를 사용한 다른 NNLO 결정과 양호한 일치를 보였다.
• b-쿼크 질량은 mb(mb) = 3.83 ± 0.12 GeV로 도출되었으며, 기존 세계 평균값 및 다른 NNLO 피팅 결과와 일치하였다.
• 탑 쿼크 질량은 t¯t 및 단일 t-쿼크 생성 데이터에서 mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV로 추출되었으며, 다른 결정 결과와 넓은 범위에서 일치하였다.
• MS 체계 질량을 사용한 FFN 체계는 전체 Q² 범위에서 HERA 데이터와의 일치도가 VFN 체계보다 뛰어나며, 특히 중량 쿼크 생성에 있어 유리하다.
• Run I+II HERA 데이터의 정확도 향상에 따라 세로 방향 구조 함수 FL의 고차수 항 기여가 비영이 아니며 일관되게 나타났으며, αs에 대한 영향은 불확도 범위 내에서 무시할 만큼 작다.