[論文レビュー] Combined PDF and strong coupling uncertainties at the LHC with NNPDF2.0

Maria Ubiali, Richard D. Ball+5 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、NNPDF2.0のグローバルフィットを用いて、主要なLHC観測量におけるPDFと強い結合定数$\alpha_s$の組み合わせ誤差を提示し、誤差の二乗和による加算が正確な誤差伝播を非常に良好に近似することを示している。7 TeVにおいて、共通の$\alpha_s = 0.119$を用いるとき、NNPDF2.0の予測はCTEQ6.6およびMSTW08と良好に一致しており、異なる手法を用いる主要なグローバルPDFセット間の整合性が確認された。

ABSTRACT

We present predictions for relevant LHC observables obtained with the NNPDF2.0 set. We compute the combined PDFs uncertainties on these observables, and show that combining errors in quadrature yields an excellent approximation to exact error propagation. We then compare the NNPDF2.0 results to the other global PDF fits using a common value of $α_s$. At LHC 7 TeV, reasonable agreement, both in central values and in uncertainties, is found for NNPDF2.0, CTEQ6.6 and MSTW08.

研究の動機と目的

• パートン分布関数（PDFs）と強い結合定数$\alpha_s$の理論的誤差を組み合わせたものによる、主要なLHC断面積への影響を定量化すること。
• NNPDF2.0グローバルフィットにおいて、PDFと$\alpha_s$誤差の二乗和による加算が正確な誤差伝播をどれほど良好に近似するかを評価すること。
• 中心値と誤差の公平な比較を可能にするために、共通の$\alpha_s = 0.119$を用いてNNPDF2.0の予測をCTEQ6.6およびMSTW08と比較すること。
• LHCにおけるW、Z、トップクォーク、ヒッグス粒子生成のPDF誤差と断面積予測に及ぼす$\alpha_s$の変動の影響を評価すること。

提案手法

• NNPDF2.0グローバルPDFフィットを用い、MCFMプログラムをNLOで使用して$\sqrt{s} = 7$ TeVにおけるW+、Z、トップクォーク対、およびグルーオン融合によるヒッグス生成の断面積を計算した。
• 二乗和による加算と正確な誤差伝播の両方の方法を用いて、PDF + $\alpha_s$の組み合わせ誤差を計算した。後者は二次的$\chi^2$に基づく誤差フレームワークに依存している。
• 基準値$\alpha_s(M_Z) = 0.119 \pm 0.002$を用い、誤差は68%信頼水準で解釈した。
• 比較のため、CTEQ6.6およびMSTW08セットは$\alpha_s(M_Z) = 0.119$で再評価された。最近公開されたセットを用い、一貫した$\alpha_s$の変動が可能であった。
• CTEQ6.6およびMSTW08において、$\delta\alpha_s = 0.001$の小さな範囲内でPDF誤差は$\alpha_s$とは独立しているものと仮定し、明確な比較を可能にした。
• 個々の誤差を超えるPDFセット間の残存差異を考慮する保守的なアプローチとして、エンベロープ法が提案された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNPDF2.0フレームワークにおいて、PDFと$\alpha_s$誤差を二乗和で加算することは、正確な誤差伝播を信頼できる近似として提供するか？
• RQ2 共通の$\alpha_s = 0.119$を用いる場合、NNPDF2.0の主要なLHC断面積の中心値と誤差は、CTEQ6.6およびMSTW08と比較してどの程度一致するか？
• RQ3 NNPDF2.0グローバルフィットにおいて、PDF誤差は$\alpha_s$の値にどの程度依存するか？
• RQ4 W/Z生成と比較して、$t\bar{t}$およびヒッグス生成における誤差は$\alpha_s$にどのように依存するか？
• RQ5 共通の$\alpha_s$値を用いることで、異なるグローバルPDFフィット間での予測の一貫性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• PDFと$\alpha_s$誤差の二乗和による加算は、正確な誤差伝播を非常に良好に近似しており、研究されたすべてのLHC観測量について、両手法がほぼ同一の結果をもたらした。
• W$^+$およびZ$^0$生成では、組み合わせ誤差の主な寄与はPDF誤差に起因するが、$t\bar{t}$およびヒッグス生成では、$\alpha_s$依存性が合計誤差を顕著に増加させる。
• $\alpha_s(M_Z) = 0.119$において、NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW08の断面積の中心値は合理的に一致しており、W$^+$およびZ$^0$では約2%以内、$t\bar{t}$およびヒッグスでは約3%以内の差異を示した。
• 同じ$\alpha_s$値で評価した場合、NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW08のすべてのPDF誤差は非常に類似しており、手法の違いを考慮しても一貫性があることが示された。
• $t\bar{t}$生成に関しては、NNPDF2.0は$168.1 \pm 7.5$ pb、CTEQ6.6は$160.1 \pm 6.7$ pb、MSTW08は$164.4 \pm 4.9$ pbを予測し、誤差内での良好な一致が得られた。
• ヒッグス生成（$m_H = 120$ GeV）に関しては、NNPDF2.0は$11.59 \pm 0.22$ pb、CTEQ6.6は$11.07 \pm 0.20$ pb、MSTW08は$11.48 \pm 0.18$ pbを予測し、再び$\alpha_s$を固定した場合に誤差内での一貫性が確認された。