[논문 리뷰] Forward-Backward Drell-Yan Asymmetry and PDF Determination

H. Abdolmaleki, Elena Accomando외 10명|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 전방-후방 Drell-Yan 비대칭성(A_FB) 측정이, 특히 저-중간 x 영역에서 복합입자 분포함수(PDFs)의 불확실성을 상당히 감소시킬 수 있음을 보여준다. xFitter 프레임워크와 NLO QCD 보정을 사용하여, 런 II, III 및 HL-LHC의 A_FB 데이터가 (2/3)u + (1/3)d의 전하가중 조합에 대한 제약 조건을 향상시키며, 3000 fb⁻¹까지의 루미노시티에 따라 PDF 불확실성이 감소함을 보여준다.

ABSTRACT

We investigate the impact of high-statistics Drell-Yan (DY) measurements at the LHC on the study of non-perturbative QCD effects from parton distribution functions (PDF). We present the results of a PDF profiling analysis based on the neutral-current DY forward-backward asymmetry, using the open source fit platform xFitter.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 중성형인 Drell-Yan 전방-후방 비대칭성(A_FB) 측정이 PDF를 제약하는 데의 잠재력을 평가하기 위해.
• 런 II, III 및 HL-LHC의 고통계량 A_FB 데이터가 PDF 결정의 이론적 불확실성에 어떻게 감소시키는지 정량화하기 위해.
• 전하가중 비대칭성과의 상호보완적 역할을 평가하기 위해.
• 특히 저-중간 x 영역에서 (2/3)u + (1/3)d 조합에 대한 A_FB의 민감도를 조사하기 위해.
• 다양한 빠르기 컷과 통합 루미노시티가 PDF 불확실성 감소에 미치는 영향을 분석하기 위해.

제안 방법

• 연구는 A_FB 가짜 데이터를 사용하여 PDF 프로파일링을 수행하기 위해 개방 소스 xFitter PDF 피팅 플랫폼을 사용한다.
• NLO QCD 보정은 APPLgrid와 aMCfast를 통해 인터페이스된 MadGraph5_aMC@NLO 생성 그리드를 통해 통합된다.
• 각도에 대한 코사인 항에 비례하는 A₄ 항을 통해 정의된, 축방향 통합 미분 단면적을 유도한다.
• 30, 300, 3000 fb⁻¹의 루미노시티를 시뮬레이션하기 위해 [28]의 검출기 수용율 컷을 기반으로 A_FB 가짜 데이터를 생성한다.
• 다이레프론 시스템의 부스트 방향을 사용하여 코린스-소퍼 프레임에서 A_FB를 계산한다.
• CT14nnlo, NNPDF3.1nnlo, MMHT2014nnlo, ABMP16nnlo, HERAPDF2.0nnlo 세트에 대해 고유벡터 재구성 및 프로파일링 분포를 통해 PDF 불확실성을 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서의 A_FB 측정은 복합입자 PDF의 불확실성을 어느 정도 감소시킬 수 있는가?
• RQ2 루미노시티와 빠르기 컷에 따라 A_FB가 (2/3)u + (1/3)d 조합에 대한 민감도는 어떻게 변화하는가?
• RQ3 기존의 레프톤 전하 비대칭성 데이터와 비교해 A_FB가 PDF 불확실성에 미치는 정량적 영향은 무엇인가?
• RQ4 다른 PDF 세트(예: ABMP16nnlo, HERAPDF2.0nnlo)는 A_FB 제약에 어떻게 반응하는가?
• RQ5 다이레프론 빠르기 컷을 증가시키면 고x PDF에 대한 민감도가 향상되는가, 그리고 HL-LHC 통계량이 충분한 정밀도를 확보할 수 있는가?

주요 결과

• 통합 루미노시티 3000 fb⁻¹에서의 A_FB 데이터는 저-중간 x 영역에서 (2/3)u + (1/3)d 복합입자 PDF 조합의 불확실성을 최대 50%까지 감소시킨다.
• 가장 큰 PDF 불확실성 감소는 x < 0.1 영역에서 u-복합입자 및 d-복합입자에 관측되며, 특히 ABMP16nnlo 및 HERAPDF2.0nnlo 세트에서 두드러진다.
• 고유벡터 재구성은 u 및 d 복합입자 PDF 고유벡터 간의 강한 상관관계를 확인하며, A_FB는 이들의 전하가중 합을 제약한다.
• 해양입자 PDF는 루미노시티 증가에 따라 중간 정도의 불확실성 감소를 보이며, 복합입자에 비해 덜 두드러진다.
• 높은 빠르기 컷은 고x PDF에 대한 민감도를 향상시키지만, 충분한 통계 정밀도를 확보하기 위해 고루미노시티 HL-LHC가 필요하다.
• 이 연구는 A_FB 데이터가 기존의 전하가중 비대칭성 데이터와 상호보완적이고 중복되지 않는 제약 조건을 제공함을 확인한다.