[논문 리뷰] Update of the NNLO PDFs in the 3-, 4-, and 5-flavour scheme

S. Alekhin, J. Blümlein외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 07. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 3-, 4-, 및 5-플레버 스킴에서 다음 다음 최고 주순서(NNLO) parton distribution functions(PDFs)의 업데이트된 세트를 제시한다. 이는 HERA 런 I의 깊은 비탄성 산란 데이터와 중량 쿼크 전자생산에 대한 부분적인 NNLO 보정을 통합한 것이다. 업데이트된 결과로 강한 상호작용 상수 αs(MZ) = 0.1147(12)가 도출되었으며, 비특이 해수 및 글루온 분포의 저x 행동에 대한 기술이 향상되어 테바트론과 LHC에서의 표준 캔들 단면적에 상당한 영향을 미친다.

ABSTRACT

We report on an update of the next-to-next-to-leading order (NNLO) ABKM09 parton distributions functions. They are obtained with the use of the combined HERA collider Run I inclusive deep-inelastic scattering (DIS) data and the partial NNLO corrections to the heavy quark electro-production taken into account. The value of the strong couplig constant $α^{ m NNLO}_{ m s}(M_{ m Z})=0.1147(12)$ is obtained. The standard candle cross sections for the Tevatron collider and the LHC estimated with the updated PDFs are provided.

연구 동기 및 목표

• 하드론 충돌기 현상학에 적합한 NNLO parton distribution functions(PDFs)의 정밀도와 이론적 일致성을 향상시키기 위해.
• 특히 저Bjorken-x 영역에서 HERA 데이터와 이전 PDF 피팅 간의 갈등을 해결하기 위해, PDF 매개변수화의 저x 渐近 행동을 개선하기 위해.
• 3-플레버 스킴에서 중량 쿼크 전자생산에 대한 부분적인 NNLO 보정을 통합하여 이론적 정확도를 향상시키기 위해.
• 개선된 PDF를 사용하여 테바트론과 LHC에서 W, Z, 토퍼 쿼크, 힉스 보존 생성의 표준 캔들 단면적을 재계산하기 위해.
• 동시 PDF 및 αs 피팅을 통해 강한 상호작용 상수 αs(MZ)의 보다 정확한 값을 도출하기 위해.

제안 방법

• 이전 피팅에서의 NNLO PDF를 사용하여, F2의 종류에 따라 ln(Q²)에 대한 F2를 x-구간에서 피팅하고, 종단 구조 함수 FL에 대한 보정을 수행함으로써, 통합된 HERA 런 I 포함 구조 함수 F2에 대한 모델 독립적 분석을 수행함.
• 저x 행동을 더 잘 기술하기 위해 a, β, γ1–γ3, 및 b 매개변수를 포함하는 새로운 융통성 있는 PDF 매개변수화(Eq. 1)를 도입함.
• 3-플레버 스킴에서 중량 쿼크 전자생산에 대한 부분적인 NNLO 보정을 포함함. 특히 Ref. [8]의 O(αs²) 임계 보정을 포함하여 이론적 정확도를 향상시킴.
• χ² 평가에서 체계적 오차 상관관계를 신중히 고려함. 특히 2 < Q² < 100 GeV² 범위의 데이터를 사용하여 F2 기울기 결정에서의 편향을 최소화함.
• PDF와 함께 강한 상호작용 상수 αs를 동시에 피팅하여, 5-플레버 스킴에서 αs(MZ) = 0.1147(12)를 도출함.
• 테바트론과 LHC에서의 표준 캔들 단면적은 각각 NNLO 및 NLO 근사에서 업데이트된 PDF를 사용하여 재계산되었으며, 이전 ABKM09 세트와의 비교가 이루어짐.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합된 HERA 런 I DIS 데이터의 포함이 이전 피팅과 비교해 저x 행동의 PDF에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 중량 쿼크 전자생산에 대한 부분적인 NNLO 보정이 작은 x에서 글루온 및 해수 쿼크 분포에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 업데이트된 PDF가 강한 상호작용 상수 αs(MZ)의 결정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 업데이트된 PDF가 테바트론과 LHC에서의 표준 캔들 단면적 예측에 어떤 변화를 초래하는가?
• RQ5 더 유연한 PDF 매개변수화(Eq. 1)가 특히 저x 영역에서 HERA 데이터와 NNLO 예측 간의 갈등을 더 잘 기술할 수 있는가?

주요 결과

• 업데이트된 NNLO PDF는 αs(MZ) = 0.1147(12)의 값을 도출하였으며, 이는 이전 ABKM09 결과인 0.1135(14)보다 1σ 높으며, 주로 업데이트된 HERA 데이터 때문임.
• 비특이 해수 쿼크 분포는 작은 x에서 증가하고, 글루온 분포는 ABKM09와 비교해 작은 x에서 감소함. 이는 개선된 데이터와 운동량 합 규칙 제약 조건 때문임.
• 중량 쿼크 전자생산에 대한 부분적인 NNLO 보정을 포함함으로써, 작은 x에서 글루온 분포가 억제되었지만, 요약 스케일 약 ~2 GeV²까지도 양수임.
• 고정밀도 HERA 데이터 서브셋(Q² < 300 GeV²)에 대한 업데이트된 피팅의 χ²/NDP는 365/202 = 1.2로, 통계적으로 수용 가능한 피팅이며, 미세한 변동성 과대평가가 약간 있음.
• 테바트론에서의 표준 캔들 단면적은 상당한 이동을 보였음: W± 생성 단면적은 26.2±0.3 nb에서 26.8±0.3 nb로 증가하였고, Z 생성은 7.73±0.08 nb에서 7.88±0.07 nb로 증가함. 이는 작은 x에서 쿼크 분포의 상향 이동 때문임.
• LHC(7 TeV)에서 업데이트된 PDF는 W± 단면적에 2.1 nb의 증가(100.9±1.3 nb 대비 98.8±1.5 nb)와 힉스 생성 단면적에 0.6 pb의 증가(9.4±0.2 pb 대비 8.8±0.3 pb)를 초래하였으며, 이는 αs와 PDF 변화의 복합적 영향을 반영함.