[논문 리뷰] Variable-Flavor-Number Scheme in Analysis of Heavy-Quark Electro-Production Data

S. Alekhin, J. Blümlein외 2명|ArXiv.org|2009. 08. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 포함형 깊은 비탄성 산란, Drell-Yan, 그리고 이중-뮤온 데이터를 사용한 전반적 QCD 피팅에서 Buza-Matiounine-Smith-van Neerven (BMSN) 일반 질량 변수-플레이어 수수수계(GMVFN)의 영향을 평가한다. BMSN GMVFN 수수계는 3플레이어 수수계와 거의 동일한 PDF를 도출하며, Tevatron와 LHC에서 W/Z 및 탑-쿼크 생성에 대한 현상학적 예측에서 무시할 만한 차이를 보이며, 이는 NNLO 정확도에서 전반적 PDF 피팅에 GMVFN 수수계를 사용하는 것이 타당하다는 것을 검증한다.

ABSTRACT

We check the impact of the factorization scheme employed in the calculation of the heavy-quark deep-inelastic scattering (DIS) electro-production on the PDFs determined in the NNLO QCD analysis of the world inclusive neutral-current DIS data combined with the ones on the neutrino-nucleon DIS di-muon production and the fixed-target Drell-Yan process. The charm-quark DIS contribution is calculated in the general-mass variable-flavor-number (GMVFN) scheme: At asymptotically large values of the momentum transfer $Q$ it is given by the zero-mass 4-flavor scheme and at the value of $Q$ equal to the charm-quark mass it is smoothly matched with the 3-flavor scheme using the Buza-Matiounine-Smith-van Neerven prescription. The PDFs obtained in this variant of the fit are very similar to the ones obtained in the fit with a 3-flavor scheme employed. Our 5-flavor PDFs derived from the 3-flavor ones using the NNLO matching conditions are used to calculate the rates of $W^{\pm}/Z$ and $t\bar{t}$ production at the Tevatron collider and the LHC at NNLO.

연구 동기 및 목표

• BMSN 일반 질량 변수-플레이어 수수계(GMVFN)의 영향을 전반적 부분형태함수(PDF) 피팅에 평가하기.
• 기존의 3플레이어 수수계와 비교해 BMSN GMVFN 수수계의 현상학적 결과를 평가하기.
• BMSN GMVFN 수수계가 NNLO 정확도에서 HERA, Drell-Yan, 중성미자-핵종 깊은 비탄성 산란(DIS) 데이터와 일관된지를 평가하기.
• Tevatron와 LHC에서 고에너지 충돌기 현상학에 사용할 수 있는 5플레이어 PDF를 유도하고 비교하기.
• PDF와 쿼크 질량 변화에서 기인하는 W±/Z 및 탑-쿼크 생성 단면적의 불확실성을 정량화하기.

제안 방법

• 포함형 중성미자-전류 DIS, 고정-타겟 Drell-Yan, 중성미자-핵종 이중-뮤온 생성 데이터에 대해 전반적 NNLO QCD 피팅을 수행한다.
• BMSN GMVFN 수수계에서 캐러먼 쿼크의 구조함수 F₂ᶜ를 계산하며, 이는 Q = m_c에서 3플레이어 수수계와 4플레이어 수수계 간의 매끄러운 매칭을 보장한다.
• 기준으로 3플레이어 수수계를 사용하고, 직접 PDF 추출 및 현상학적 예측을 통해 BMSN GMVFN 수수계와 비교한다.
• PDF 진화, 계수 함수의 NNLO 보정 및 무거운 쿼크의 전자기 생성에 대한 NLO 보정을 피팅에 포함한다.
• BMSN 규정에 따른 NNLO 매칭 조건을 사용해 3플레이어 PDF에서 5플레이어 PDF를 구성한다.
• Tevatron와 LHC에서 W±/Z 및 t̄t 생성 단면적을 NNLO에서 계산하며, 데이터, PDF, 쿼크 질량의 불확실성을 전파한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BMSN GMVFN 수수계는 전반적 피팅에서 3플레이어 수수계와 비교해 유의미하게 다른 PDF를 도출하는가?
• RQ2 HERA 데이터에서 F₂ᶜ에 대한 3플레이어 수수계와 BMSN GMVFN 수수계의 선택에 민감한가?
• RQ3 무거운 쿼크의 구조함수 차이가 Tevatron와 LHC에서 W±/Z 및 탑-쿼크 생성 단면적에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 유도된 5플레이어 PDF는 MSTW08 및 JR와 비교해 글루온 및 무거운 쿼크 분포 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ5 PDF 피팅에서 탑-쿼크 및 W/Z 생성률의 주요 불확실성 원천은 무엇인가?

주요 결과

• BMSN GMVFN 수수계는 3플레이어 수수계와 거의 구별할 수 없을 정도로 유사한 PDF를 도출하며, 데이터의 실험적 불확실성 이내에 그 차이가 존재한다.
• HERA의 F₂ᶜ 데이터는 수수계 선택에 대해 민감하지 않으며, 3플레이어 수수계와 BMSN GMVFN 수수계 간의 차이가 데이터 오차 이내에 머물러 있으며, 특히 x ~ 0.003에서 그러하다.
• BMSN 규정에 따른 NNLO 매칭 조건을 사용해 3플레이어 피팅에서 파생된 5플레이어 PDF는 μ = 2 GeV에서 MSTW08 세트와 양호한 일치를 보이며, x < 0.0005에서 더 큰 글루온 분포를 보이는데, 이는 H1 F_L 데이터와 일치한다.
• 이번 PDF 세트에서 작은 x에서 글루온 분포는 MSTW08보다 더 크며, 특히 x ~ 10⁻⁵ 이하에서 그러하다. 이 차이는 H1 F_L 측정치와 일치한다.
• Tevatron와 LHC에서 W±/Z 및 t̄t 생성 단면적은 PDF 불확실성 1–2%로 예측되며, 이는 루미노미터로 적합하다.
• 이 분석에서 LHC 에너지에서 t̄t 단면적은 MSTW08보다 작으며, 주로 더 작은 글루온 분포 때문이며, 이는 t̄t 생성이 PDF 세트 간의 차이를 식별하는 데 사용될 수 있음을 시사한다.