[论文解读] Doped Parton Distributions

Valerio Bertone, Stefano Carrazza+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文提出了一种掺杂部分子分布（PDF）方案，结合了五味子方案（5FS）的精确强耦合常数运行与四味子方案（4FS）的底夸克质量处理，从而改进了涉及底夸克的LHC现象学预测。基于NNPDF3.0全球拟合，结果表明该掺杂方案在多图幅过程尤其显著，其预测结果位于4FS与5FS之间，更加一致，且与ATLAS和CMS在7 TeV下Z+b-jet产生过程的数据具有更好的一致性。

ABSTRACT

Calculations of high-energy processes involving the production of b-quarks are typically performed in two different ways, the massive four-flavour scheme (4FS) and the massless five-flavour scheme (5FS). For processes where the combination of the 4FS and 5FS results into a matched calculation is technically difficult, it is possible to define a hybrid scheme known as the doped scheme, where above the b-quark threshold the strong coupling runs with $n_f=5$, as in the massless calculation, while the DGLAP splitting functions are those of the $n_f=4$ scheme. In this contribution we present NNPDF3.0 PDF sets in this doped scheme, compare them with the corresponding 4FS and 5FS sets, and discuss their relevance for LHC phenomenology.

研究动机与目标

• 解决4FS中αs(Q)在底夸克阈值以上不准确演化的问题。
• 开发一种混合方案，在保留4FS对底夸克质量效应的物理解释的同时，采用5FS中正确的αs(Q)运行。
• 改进涉及重夸克的LHC过程预测，特别是那些在Born图级具有高阶αs幂次的过程。
• 通过实验数据验证掺杂方案，特别是针对Z+b-jet和W/Z+bb产生过程。
• 为公众在LHAPDF6中使用，提供一套基于NNPDF3.0的掺杂方案PDF集合。

提出的方法

• 通过从Q² = m_b²向上使用DGLAP方程演化NNPDF3.0 n_f=5全球拟合，分裂函数采用n_f=4，αs(Q²)运行采用n_f=5的β函数，构建掺杂PDF集合。
• 使用APFEL程序执行截断DGLAP演化，确保分裂函数与αs运行处理的一致性。
• 在部分子矩阵元中按阶次逐项减去4FS与5FS之间αs(Q)的差异，以在有限阶次下恢复与4FS的一致性。
• 在NLO与NNLO下比较掺杂PDF与对应4FS和5FS集合的差异，重点关注不同x与Q值下的胶子和轻夸克PDF。
• 使用Sherpa + OpenLoops在√s = 7 TeV下对W/Z + bb产生过程进行蒙特卡洛模拟，验证掺杂方案。
• 将预测结果与ATLAS和CMS在Z + b-jet产生过程中微分分布的实验数据进行比较，以评估理论与数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与单独使用4FS或5FS相比，结合5FS αs运行与4FS DGLAP演化的混合方案是否能提高LHC底夸克过程预测的准确性？
• RQ2 掺杂PDF在演化过程中与4FS和5FS PDF有何不同，特别是在小x和大x区域？
• RQ3 掺杂方案在多图幅过程中的表现如何，是否能显著减小理论与LHC数据在Z + b-jet和W/Z + bb产生过程中的偏差？
• RQ4 与4FS相比，掺杂方案是否能更准确地描述多图幅过程中αs(Q)运行与共线对数的联合效应？
• RQ5 掺杂方案是否能在全局PDF拟合中一致实现，并可靠地应用于自动化NLO工具？

主要发现

• 在高尺度（Q ~ 10 GeV至10 TeV）下，与4FS相比，掺杂方案使αs(Q)增加约3–6%，从而减轻了高阶αs过程中的截面抑制效应。
• 在小x区域，由于高尺度下αs(Q)更大，掺杂胶子PDF的增长比4FS更陡峭，趋近于5FS行为。
• 在大x区域，掺杂PDF位于4FS与5FS之间，轻夸克的差异约为几个百分点。
• 对于Wb̄b和Zb̄b产生过程，掺杂方案的微分分布介于4FS与5FS之间，且与实验数据的一致性优于任一单独方案。
• 在Z + b-jet产生过程中，掺杂方案准确再现了ATLAS数据的归一化与形状，而4FS则低估了归一化。
• 在t̄tb̄b产生过程中，由于一致的αs(Q)运行实现了μR/m_b对数的重求和，掺杂方案使总NLO截面相比4FS提高了近10%。