[논문 리뷰] Combination and QCD analysis of charm and beauty production cross-section measurements in deep inelastic $ep$ scattering at HERA

Zeus collaborations|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 30인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 HERA에서 H1 및 ZEUS 실험의 채르모와 뷰티 생성 단면적 측정치를 조합하여, 다음으로 높은 순서 QCD 분석을 수행하여 채르모 및 바텀 쿼크의 실행 질량을 결정한다. 통합된 데이터는 정밀도를 향상시켜 $ m_c(m_c) = 1.290^{+0.046}_{-0.041} \text{ GeV} $ 및 $ m_b(m_b) = 4.049^{+0.104}_{-0.109} \text{ GeV} $를 도출하며, 실험적, 피팅, 모델, 파arameterization 소스에서 온 상세한 불확도 분해가 수반된다.

ABSTRACT

Measurements of open charm and beauty production cross sections in deep inelastic $ep$ scattering at HERA from the H1 and ZEUS Collaborations are combined. Reduced cross sections are obtained in the kinematic range of negative four-momentum transfer squared of the photon $2.5$ GeV$^2<Q^2<2000$ GeV$^2$ and Bjorken scaling variable $3\cdot10^{-5}<x_{ ext{Bj}}<5\cdot10^{-2}$. The combination method accounts for the correlations of the statistical and systematic uncertainties among the different datasets. Perturbative QCD calculations are compared to the combined data. A next-to-leading order QCD analysis is performed using these data together with the combined inclusive deep inelastic scattering cross sections from HERA. The running charm- and beauty-quark masses are determined as $m_c(m_c) = 1.290^{+0.046}_{-0.041} ext{(exp/fit)}^{+0.062}_{-0.014} ext{(model)}^{+0.003}_{-0.031} ext{(parameterisation)}$ GeV and $m_b(m_b) = 4.049^{+0.104}_{-0.109} ext{(exp/fit)}^{+0.090}_{-0.032} ext{(model)}^{+0.001}_{-0.031} ext{(parameterisation)}$~GeV.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 H1 및 ZEUS 실험의 오픈 채르모 및 뷰티 생성 단면적 측정치를 통합하여 통계적 및 체계적 정밀도를 향상시키기.
• HERA의 포함형 깊은 비탄성 산란 단면적과 함께 통합된 데이터를 사용하여 다음으로 높은 순서 QCD 분석을 수행하기.
• 퍼티럽레이티브 QCD 예측에 맞추어 피팅을 통해 채르모 및 바텀 쿼크의 실행 질량을 더 정확하게 결정하기.
• 실험적, 피팅, 모델, 파라미터화 구성 요소로 분리된 질량 결정의 불확도를 정량화하기.

제안 방법

• 심층 비탄성 $ep$ 산란 데이터에서 감쇠 단면적을 $2.5 \, \text{GeV}^2 < Q^2 < 2000 \, \text{GeV}^2$ 및 $3 \cdot 10^{-5} < x_{\text{Bj}} < 5 \cdot 10^{-2}$의 운동역학 범위에서 추출한다.
• H1 및 ZEUS 데이터셋 간 통계적 및 체계적 불확도의 상관관계를 고려한 통합 방법을 적용한다.
• 다음으로 높은 순서의 퍼티럽레이티브 QCD 계산을 통합된 데이터와 비교하여 이론 예측의 타당성을 검증한다.
• HERA의 포함형 깊은 비탄성 산란 단면적과 함께 채르모 및 뷰티 데이터를 통합하여 글로벌 QCD 피팅을 수행한다.
• 실험적, 피팅, 모델, 파라미터화 구성 요소로 분해된 불확도를 포함하여 데이터에 피팅함으로써 실행 쿼크 질량 $m_c(m_c)$ 및 $m_b(m_b)$를 추출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H1 및 ZEUS 실험에서 HERA에서의 채르모 및 뷰티 생성 단면적 측정치의 통합 데이터 정밀도는 어떠한가?
• RQ2 다음으로 높은 순서 QCD 예측은 통합된 오픈 채르모 및 뷰티 생성 데이터를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ3 실행 채르모 및 바텀 쿼크 질량의 결과 값은 무엇이며, 그들의 불확도는 어떻게 분해되는가?
• RQ4 통계적 및 체계적 불확도의 상관관계는 최종 통합 및 질량 추출에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 통합된 데이터는 실험적 및 피팅 소스에서 기인한 불확도를 포함하여 실행 채르모 쿼크 질량을 $ m_c(m_c) = 1.290^{+0.046}_{-0.041} \text{ GeV} $로 도출한다.
• 실험적 및 피팅 불확도에서 기인한 기여가 크며, 실행 바텀 쿼크 질량은 $ m_b(m_b) = 4.049^{+0.104}_{-0.109} \text{ GeV} $로 결정된다.
• 모델 의존성 불확도는 $m_c(m_c)$에 $^{+0.062}_{-0.014}$ GeV 기여하고 $m_b(m_b)$에 $^{+0.090}_{-0.032}$ GeV를 기여한다.
• 파라미터화 불확도는 작으며, $m_c(m_c)$에 $^{+0.003}_{-0.031}$ GeV 기여하고 $m_b(m_b)$에 $^{+0.001}_{-0.031}$ GeV를 기여한다.
• 통합 분석은 관련 불확도와 일관된 QCD 프레임워크를 활용하여 실행 쿼크 질량의 정밀도를 향상시킨다.