[논문 리뷰] Theoretical issues in PDF determination and associated uncertainties

Richard D. Ball, Valerio Bertone외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 LHC 정밀 물리학에서 사용되는 전역 PDF 결정에 영향을 주는 이론적 불확실성, 특히 고정-구성수와 변수-구성수 수치 체계, 고차항 교정, 핵 효과 등을 중심으로 NNPDF2.3 전역 피팅에서 이론적 불확실성의 원인을 조사한다. 고정-구성수 체계는 PDF와 LHC 기준 단면적에 상당한 영향을 미치며, 고차항 교정은 무시할 만하며, 핵 효과는 중간 정도로 局부적으로 영향을 미친다.

ABSTRACT

We study several sources of theoretical uncertainty in the determination of parton distributions (PDFs) which may affect current PDF sets used for precision physics at the Large Hadron Collider, and explain discrepancies between them. We consider in particular the use of fixed-flavor versus variable-flavor number renormalization schemes, higher twist corrections, and nuclear corrections. We perform our study in the framework of the NNPDF2.3 global PDF determination, by quantifying in each case the impact of different theoretical assumptions on the output PDFs. We also study in each case the implications for benchmark cross sections at the LHC. We find that the impact in a global fit of a fixed-flavor number scheme is substantial, the impact of higher twists is negligible, and the impact of nuclear corrections is moderate and circumscribed. © 2013 Elsevier B.V.

연구 동기 및 목표

• 현재 LHC 정밀 물리학에서 사용되는 전역 PDF 결정에 영향을 주는 이론적 불확실성을 규명하고 정량화하는 것.
• 특히 고정-구성수 수치 체계(FFNS)와 변수-구성수 수치 체계(VFNS) 간의 다른 재규격화 체계가 PDF 추출에 어떤 영향을 미치는지 검토하는 것.
• 고차항 교정과 핵 효과가 PDF 불확실성 형성에 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 이러한 이론적 선택이 LHC에서의 기준 단면적에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것.
• NNPDF2.3 전역 피팅 프레임워크 내에서 이론적 가정을 체계적으로 비교하는 것.

제안 방법

• 기본 프레임워크로 NNPDF2.3 방법론을 사용하여 전역 PDF 피팅을 수행한다.
• 이론적 가정을 체계적으로 변화시킴: FFNS 대_VFNS, 고차항 교정 포함 여부, 핵 보정 포함 여부.
• 통계적 및 기능적 민감도 분석을 통해 각 가정이 결과 PDF 세트에 미치는 영향을 정량화한다.
• 다양한 이론적 설정 하에서 LHC에서의 기준 단면적(예: W/Z 보손 생성)을 계산한다.
• 이론적 선택으로 인한 불확실성 평가를 위해 몬테카를로 불확실성 전파 기법을 사용한다.
• 다른 가정 하에서 유도된 PDF 세트를 비교하여 각 이론적 입력의 영향을 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정-구성수 수치 체계와 변수-구성수 수치 체계의 선택이 추출된 파arton 분포 함수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 고차항 교정의 영향은 PDF 결정과 LHC 단면적 예측에 대해 정량적으로 어느 정도인가?
• RQ3 핵 보정은 PDF 세트에 어떤 영향을 미치며, 그 효과는 의미 있는지 또는 특정 운동량 영역에 국한되는가?
• RQ4 PDF 결정의 이론적 불확실성은 LHC 관측량의 정밀 예측에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 어느 이론적 가정이 현재의 전역 PDF 세트 간의 산란에 가장 큰 기여를 하는가?

주요 결과

• 고정-구성수 수치 체계의 사용은 추출된 PDF와 LHC 기준 단면적에 상당한 영향을 미치며, 이 선택이 이론적 불확실성의 주요 원인임을 시사한다.
• 고차항 교정은 PDF 세트와 예측된 단면적에 거의 영향을 주지 않으며, 현재의 전역 피팅에서는 안전하게 忽略할 수 있음을 시사한다.
• 핵 보정은 PDF에 중간 정도의 국소적 영향을 미치며 주로 특정 운동량 영역에 영향을 주지만, 전체 이론적 불확실성의 주요 원인은 아니다.
• 현재의 전역 PDF 세트 간의 차이는 재규격화 체계의 선택에 의해 크게 영향을 받으며, FFNS와 VFNS는 뚜렷이 다른 결과를 산출한다.
• 이 연구는 특히 무거운 쿼크 처리 방식을 포함한 이론적 가정이 전역 PDF 피팅에서 신중히 제어되어야 하며, LHC에서의 신뢰할 수 있는 정밀 물리학을 보장하기 위해 중요하다는 것을 입증한다.
• 결과는 고정밀 LHC 측정에 있어 체계적 불확실성 정량화의 중요성을 부각시킨다.