[論文レビュー] Constraining PDFs from neutral current Drell-Yan measurements and effects of resummation in slepton pair production

Juri Fiaschi, Elena Accomando+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、LHCラン2でパートン分布関数（PDFs）を制約する精度観測量として、中性荷電現在Drell-Yan過程における前向き後向き非対称性（AFB）の使用を提案し、その統計的不確かさが間もなくPDFの不確かさを上回ることを示している。さらに、しきい値に合わせたPDFを用いた一貫性のあるNLO+NLL計算をスレプトン対生成に適用し、PDFと行列要素における再結合効果の部分的キャンセルを示し、PDFとスケールの不確かさを組み合わせた信頼性の高い断面積予測を実現した。

ABSTRACT

The high statistics that will be collected during the LHC Run-II (and beyond) open the path to precision measurements at the TeV scale, where the PDFs will play a crucial role in BSM searches. In the di-lepton final state accurate measurements of the Forward-Backward Asymmetry (AFB) will be available, particularly in the invariant mass region around the Z peak. We show that this observable displays a statistical error which is competitive with that assigned to the existing PDF sets and which will rapidly become smaller than the latter as the integrated luminosity grows, thereby offering a means of constraining the (anti)quark PDFs over a sizeable $(x,Q^2)$ range. In the context of SUSY searches we consider the effects of employing threshold-improved PDFs in a consistent calculation at NLO+NLL of slepton pair production cross sections. The calculations featuring a consistent resummation procedure both at PDF and partonic matrix element level are accompanied by PDF and scale uncertainties, and they provide a reliable and updated theoretical estimation for experimental data analyses at the LHC Run-II.

研究の動機と目的

• 高x領域における(反)クォークPDFを制約する観測量として、中性荷電現在Drell-Yan過程における前向き後向き非対称性（AFB）の可能性を評価すること。
• しきい値に合わせたPDFが、NLO+NLL精度でのスレプトン対生成断面積に与える影響を調査すること。
• スレプトン生成の再結合順序をPDFフィットと部分的行列要素の両方で一致させることで理論的一致性を確保すること。
• K要因形式を用いて、NLO+NLL予測におけるPDFとスケールの不確かさを定量すること。

提案手法

• Zボソンピーク領域における二レプトン最終状態からのAFB測定を、クォークおよび反クォーク分布を制約するためのグローバルPDFフィットに組み込むこと。
• 高xバリオンクォークおよび低xセイ反クォークへの感受性を高めるために、二レプトン系に迅速性カットを適用すること。
• NLOおよびNLO+NLLでフィットされたしきい値に合わせたPDFセット（NNPDF30_nll_disdytop）を用い、部分的断面積計算と一貫性を保つこと。
• NLO+NLL断面積とNLO断面積の比としてK要因を定義し、補正を推定し、PDF不確かさを一貫して伝搬させること。
• PDFとスケールの不確かさを平方和で組み合わせ、スレプトン生成断面積の信頼性の高い理論的誤差帯を形成すること。
• K要因の全成分とそのPDF依存成分を比較し、PDFにおける再結合効果の影響を分離すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中性荷電現在Drell-Yan生成における前向き後向き非対称性は、既存のグローバルフィットと比較して、PDFを競争的に制約できるか？
• RQ2 AFB測定の統計的精度は、積分 luminosity が増加するにつれてどのように変化し、いつPDF不確かさを上回るようになるか？
• RQ3 スレプトン対生成断面積において、PDFと部分的行列要素におけるしきい値再結合効果がどの程度相殺されるか？
• RQ4 NLO+NLL PDFを用いることで、LHCにおけるスレプトン対生成断面積の理論的予測にどのような影響を与えるか？
• RQ5 NLO+NLL断面積とNLO+NLL PDFを組み合わせる一貫性のあるK要因形式をどのように構築できるか、不確かさ推定を保持したまま？

主な発見

• Zピーク領域におけるAFB観測の統計的不確かさは、高積分 luminosity 時に既存のPDF不確かさを下回るようになるため、将来的なPDFグローバルフィットの制約要因として実用的である。
• √s = 13 TeVで300 fb⁻¹の積分 luminosity を得た場合、CT14NNLOとNNPDF3.1 PDFセットの予測間に明確な分離が見られ、特に高迅速性カット下で顕著である。
• AFBは、特に高x領域においてuクォークとdクォークPDFの相対的大きさに強く敏感であり、異なるPDFパラメータ化の区別に有効である。
• スレプトン対生成のK要因は、PDFにおける再結合効果と部分的行列要素における再結合効果の間で部分的キャンセルを示し、ネット補正を小さくしている。
• 第一および第三世代のスレプトン対生成の両方において、K要因は混合状態にかかわらず比較的安定しており、弱い結合構造にほとんど依存しないことが示された。
• PDFとスケールの変動を含めた組み合わせ理論的不確かさは、K要因形式によってよく推定されており、LHCラン2における実験的解析の信頼性の高い予測を可能にした。