[논문 리뷰] Strange and non-strange distributions from the collider data

S. Alekhin, Johannes Bluemlein외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 최근 PDF 피팅에서 제기된 두 가지 논란이 되는 주장, 즉 큰 스트랭지 해성 증폭과 x→1에서의 비제로 d/u 비율을 시험한다. 수정된 ABMP16 피팅을 통해 이러한 특성들이 데이터가 아니라 유연하지 못한 PDF 매개화 및 완전하지 못한 이론적 보정에서 기인한다는 것을 보여준다. 연구는 ABMP16 PDF가 안정적이고 잘 제약되어 있음을 결론 내리며, 적절한 고차수 QCD 보정과 더 유연한 형태를 적용할 경우 두 이상현상이 사라진다.

ABSTRACT

We check the stability of the ABMP16 fit with respect to modifications of quark PDFs suggested in the recent literature: the strange sea enhancement and a positive non-vanishing $d/u$ ratio at $x o 1$. These possibilities are examined using test versions of the ABMP16 PDF fit which demonstrate no need of those changes. Furthermore, we localize peculiar features in other analyses which are responsible for a different behaviour of the PDFs obtained. The strange sea enhancement can be explained by a choice of the PDF shapes being not flexible enough and therefore leading to an over-suppressed $d$-quark distribution. This suppression has to be compensated by a corresponding rise by the $s$-quark distribution. As a result, an unusually large strange sea suppression factor is obtained. The non-vanishing value of $d/u\vert _{x=1}$ becomes consistent with zero in case the higher-order QCD corrections to the D{\O} $W$-asymmetry data, which drive its value, are taken into account. Furthermore, the related $e$-asymmetry sample prefers a slightly negative value of $d/u\vert _{x=1}$, although it is consistent with zero. These clarifications support confidence in the PDF shapes used in the ABMP16 analyses.

연구 동기 및 목표

• ATLAS 기반 피팅에서 관측된 큰 스트랭지 해성 증폭이 ABMP16 글로벌 PDF 피팅의 안정성에 미치는 영향을 시험하기 위해.
• CJ15 및 관련 피팅에서 보고된 x→1에서의 비제로 d/u 비율의 기원을 조사하기 위해.
• 기타 PDF 세트에서 관측된 이상현상이 실험 데이터인지 모델링 선택에 기인한 것인지 판단하기 위해.
• 고차수 QCD 보정과 PDF 매개화의 탄력성의 영향이 추출된 PDF 형태에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 특정 데이터와 이론적 가정의 영향을 분리하여 ABMP16 PDF 세트의 강건성을 검증하기 위해.

제안 방법

• collider Drell-Yan (DY) 데이터를 제외하고 HERA의 포함형 DIS 및 중수소 표적 데이터만 포함하여 ABMP16 글로벌 피팅의 테스트 변형을 수행한다.
• ATLAS 분석에서 유래한 epWZ16 PDF 형태를 사용하여 매개화의 탄력성이 스트랭지 해성 행동에 영향을 주는지 테스트한다.
• 중수소 구조함수의 핵 효과를 보완하기 위해 Kulagin-Petti 모델을 적용한다.
• CJ15 분석 프레임워크를 재현하기 위해 NLO ABMP16 피팅을 사용하고, DY 데이터 대신 DØ W 보소ン 및 전자 비대칭성 데이터를 통합한다.
• DØ W-비대칭성 데이터에 대한 NLO QCD 보정이 있는지 없는지의 비교를 통해 고차수 보정이 큰 x에서 d/u에 미치는 영향을 분리한다.
• DØ 전자 비대칭성 데이터를 포함한 다양한 데이터 선택을 테스트하여 모델링 및 데이터 처리에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLAS 기반 피팅에서 관측된 스트랭지 해성 증폭은 실험 데이터에서 기인하는가, 아니면 PDF 매개화에서 기인하는가?
• RQ2 CJ15에서 x→1에서 d/u 비율이 비제로로 나타나는 이유는 무엇이며, 고차수 QCD 보정을 포함할 경우 이 결과는 안정적인가?
• RQ3 다양한 PDF 매개화 형태가 스트랭지 해성과 쿼크 이소스핀 비대칭성 추출에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 LHC와 테바트론의 Drell-Yan 데이터는 작은 x와 큰 x에서의 쿼크 분포를 어떻게 제약하는가?
• RQ5 DØ W-비대칭성과 전자 비대칭성 데이터는 상호 일치하는가, 어떤 것이 d/u에 더 신뢰할 수 있는 제약을 제공하는가?

주요 결과

• ATLAS 기반 피팅에서 관측된 스트랭지 해성 증폭은 주로 유연하지 못한 epWZ16 PDF 매개화에서 기인하며, 이는 d-쿼크 분포를 과도하게 억제하기 때문이다.
• 이 과도한 억제는 s-쿼크 분포의 보상적 상승을 유도하여 물리적으로 비현실적인 큰 스트랭지 해성 억제 인자로 이어진다.
• 더 유연한 ABMP16 PDF 형태를 사용할 경우, 콜라이더 DY 데이터 없이도 스트랭지 해성 분포는 명시적 ABMP16 피팅과 일치한다.
• DØ W-비대칭성 데이터에 NLO QCD 보정을 포함할 경우 CJ15에서 보고된 x→1에서의 비제로 d/u 비율은 지지되지 않으며, (d/u)|x=1은 0.04 ± 0.03으로 감소한다.
• 직접 측정된 것으로 모델 의존성이 낮은 DØ 전자 비대칭성 데이터는 x→1에서 약간의 음수 d/u 비율을 선호하며, (d/u)|x=1 = −0.12 ± 0.09로 나타나 0과 일치한다.
• ABMP16 PDF 세트는 안정적이고 잘 제약되어 있으며, 논란의 여지가 있는 증폭이나 비제로 d/u 값들을 도입할 필요가 없다.