[논문 리뷰] Unbiased global determination of parton distributions and their uncertainties at NNLO and at LO

Richard D. Ball, Valerio Bertone외 7명|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 47인용 수 28

한 줄 요약

이 논문은 NNPDF 방법론을 사용하여 중성자 부분론 분포 함수(PDFs)의 전역 결정을 최초로 선형 주문(LO) 및 이중-다음-최고 주문(NNLO)에서 수행하며, FONLL 체계를 통해 무거운 쿼크 질량을 포함한다. PDFs의 안정성, 고차수 보정에서의 발산 수렴 개선, 점차 정밀도가 향상되는 운동량 합 규칙 검증을 확인하였으며, LHC 현상물리학과 PDF 불확실성에 있어 αs, mc, mb 값의 변화에 따른 상당한 영향을 보였다.

ABSTRACT

We present a determination of the parton distributions of the nucleon from a global set of hard scattering data using the NNPDF methodology at LO and NNLO in perturbative QCD, thereby generalizing to these orders the NNPDF2.1 NLO parton set. Heavy quark masses are included using the so-called FONLL method, which is benchmarked here at NNLO. We demonstrate the stability of PDFs upon inclusion of NNLO corrections, and we investigate the convergence of the perturbative expansion by comparing LO, NLO and NNLO results. We show that the momentum sum rule can be tested with increasing accuracy at LO, NLO and NNLO. We discuss the impact of NNLO corrections on collider phenomenology, specifically by comparing to recent LHC data. We present PDF determinations using a range of values of αs, mc and mb. We also present PDF determinations based on various subsets of the global dataset, show that they generally lead to less accurate phenomenology, and discuss the possibility of future PDF determinations based on collider data only. © 2011 Elsevier B.V.

연구 동기 및 목표

• 보다 정밀도를 높이기 위해 NNPDF2.1 NLO PDF 세트를 양자 색역학의 선형 주문(LO) 및 이중-다음-최고 주문(NNLO)으로 확장하기.
• NNLO 보정을 포함할 경우 PDF의 안정성과 수렴성에 대한 연구.
• 최근 LHC 데이터를 활용하여 NNLO 보정이 충돌기 현상물리학에 미치는 영향 평가.
• αs, mc, mb 값의 변화에 따른 PDF에 대한 민감도 평가.
• 하나의 데이터 세트에서만 구성된 미래 PDF 결정의 가능성 탐색을 위해 부분 데이터 세트 분석.

제안 방법

• LO 및 NNLO에서 하드 산란 데이터에 대한 전역 피팅을 수행하기 위해 NNPDF 방법론을 적용.
• 무거운 쿼크 질량(mc, mb)을 일관되게 PDF 결정에 포함하기 위해 FONLL 방법을 구현.
• 오차 전파를 통한 PDF 불확실성 정량화를 위해 몬테카를로 방법을 사용.
• LO, NLO, NNLO 간 결과 비교를 통해 양자 색역학의 수렴성과 안정성 평가.
• 각 주문에서 운동량 합 규칙을 검증하기 위해 테스트 수행.
• αs, mc, mb 값의 다양한 조합을 사용한 피팅을 통해 그 영향이 PDF 형상과 불확실성에 미치는 영향 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NNLO 보정은 전역 부분론 분포 함수의 안정성과 정확도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 NNLO 보정을 포함할 경우 PDF 피팅에서 양자 색역학 전개의 수렴성이 얼마나 향상되는가?
• RQ3 αs, mc, mb 값의 변화는 결과 PDF 세트와 그 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 운동량 합 규칙은 LO, NLO, NNLO에서 점차 정밀도가 향상되면서 검증될 수 있으며, 이는 PDF 일관성에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 전역 데이터 세트의 부분 집합은 얼마나 정확도가 떨어지며, 이는 향후 충돌기 데이터만을 기반으로 한 PDF 결정에 대해 어떤 시사점을 갖는가?

주요 결과

• NNLO 보정은 중심 PDF에 큰 변화 없이 안정적이고 일관된 PDF 세트를 제공하며, 전역 피팅의 강건성을 나타낸다.
• 양자 색역학 전개는 NNLO에서 수렴성이 향상되었으며, 스케일 의존성이 감소하고 LHC 데이터와의 일치도 향상되었다.
• 운동량 합 규칙은 LO, NLO, NNLO에서 점차 정밀도가 향상되며, PDF 세트의 신뢰성을 뒷받침한다.
• αs, mc, mb 값의 변화는 PDF 형상과 불확실성에 명백한 영향을 미치며, 정확한 입력 매개변수의 중요성을 강조한다.
• 전역 데이터 세트의 부분 집합은 낮은 정확도의 현상물리학 결과를 도출하며, 다양한 데이터 유형을 포함한 전역 피팅이 강력한 PDF 결정에 필수적임을 시사한다.
• 본 연구는 향후 충돌기 데이터만을 기반으로 한 PDF 결정의 가능성에 대한 지원을 제공하지만, 현재 전역 피팅이 정밀도와 일관성 면에서 여전히 열등하지 않음을 확인한다.