[論文レビュー] Hera Precision Measurements and Impact for LHC Predictions

V. Radescu|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、HERA IおよびIIのH1およびZEUSの深エネルギー反跳散乱データを統合した次期次精度（NLO）および次の次々次精度（NNLO）のQCDフィットであるHERAPDF1.5を提示する。高xバリオンクォーク領域における精度が著しく向上した。高Q²データ、ジェット測定、および予備のcharmクォークデータの組み込みにより、強い結合定数αₛ(M_Z) = 0.1202 ± 0.0013（実験的）± 0.0007（モデル）± 0.0012（ハドロン）+0.0045/-0.0036（理論）の高精度な決定が可能となり、グローバルPDFフィットにおける最適なcharmクォーク質量の制約が得られた。

ABSTRACT

A QCD fit analysis to the combined HERA inclusive deep inelastic cross sections measured by the H1 and ZEUS collaborations for $e^\pm p$ scattering to extract HERAPDF sets is presented. The results are used for predictions of $ p\bar{p}$ processes at Tevatron and $pp$ processes at the LHC. The QCD analysis has been extended to include the combined HERA II measurements at high $Q^2$ resulting in the HERAPDF1.5 sets, with full estimation of uncertainties. The precision of the new PDFs at high $x$ is considerably improved, particularly in the valence sector. In addition, inclusion of the HERA jet data allows for a precise determination of the strong coupling. Moreover, inclusion of the preliminary combined HERA charm data provides constraints for the optimal value of the charm mass used in QCD theory models which may account for some of the differences among global PDF fits.

研究の動機と目的

• HERA IおよびIIの深エネルギー反跳散乱データを統合して、高x領域における陽子部分素粒子分布関数（PDF）の精度を向上させること。
• グローバルQCDフィットにHERAジェットデータを組み込むことにより、強い結合定数αₛ(M_Z)を制約すること。
• 予備のHERA charmデータを統合することにより、QCD理論モデルで使用される最適なcharmクォーク質量の値を特定すること。
• HERAPDF1.5がLHCおよびTevatronの過程予測に与える影響、特にヒッグスおよびW/Z粒子生成に関して評価すること。
• χ²許容誤差およびエンvelope法を用いて、実験的誤差、モデル誤差、パラメータ化誤差を体系的に分類することにより、PDFの不確かさを低減すること。

提案手法

• HERAのe⁺pおよびe⁻p衝突におけるH1およびZEUSの包括的深エネルギー反跳散乱断面積に対してグローバルQCDフィットを実行する。
• 因子化および重正化スケールをQ²に設定した、MSバー体系におけるNLOおよびNNLOのDGLAP進化方程式を用いる。
• Q₀² = 1.9 GeV²でバリオンクォーク（xu_v, xd_v）、グルーオン（xg）、および海クォーク（xū, xđ）分布を用いてPDFをパラメータ化し、QCD和則からの制約を適用する。
• 高Q²のHERA IIデータ、H1およびZEUSのジェットデータ、および予備のcharm構造関数データを組み込むことで、フィットの柔軟性を高め、モデル依存性を低減する。
• 実験的誤差、モデルの変動、パラメータ化のエンvelope法を用いて不確かさを推定する。χ²許容値はΔχ² = 1とする。
• 一般質量可変フレーバー体系を用いて、構造関数計算における重クォーク質量効果を含める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高Q²のHERA IIデータの組み込みが、特に高xバリオンクォーク領域におけるPDFの精度をどのように向上させるか？
• RQ2 グローバルPDFフィットにHERAジェットデータを組み込むことで、強い結合定数αₛ(M_Z)はどの程度制約されるか？
• RQ3 異なる理論的体系において、HERAのcharmデータを最もよく記述する最適なcharmクォーク質量の値は何か？
• RQ4 新しいHERAPDF1.5 PDFセットは、既存のグローバルフィット（例：MSTW08、CTEQ）と比較して、LHCおよびTevatronの過程予測においてどのように異なるか？
• RQ5 パラメータ化の柔軟性とデータの精度が、グルーオンおよびバリオンクォーク分布の不確かさ領域に与える影響は何か？

主な発見

• HERAPDF1.5は、高Q²のHERA IIデータの組み込みにより、特にバリオンクォーク領域において、HERAPDF1.0と比較して高xバリオンクォークPDFの精度が著しく向上した。
• HERAPDF1.5のNNLO PDFセットは、HERAPDF1.0と比較して高x領域でより硬いグルーオン分布を示し、Tevatronジェットデータとよりよく一致した。
• HERAジェットデータの組み込みにより、αₛ(M_Z) = 0.1202 ± 0.0013（実験的）± 0.0007（モデル）± 0.0012（ハドロン）+0.0045/-0.0036（理論）という高精度な決定が可能となり、HERAPDF1.6でも値がしっかり制約された。
• 予備のHERA charmデータの追加により、最適なcharmクォーク質量に対する強い制約が得られ、各グローバルフィット体系（例：MSTW08、CTEQ）がデータを最もよく記述するための異なるm_c値を好むことがわかった。
• epデータのみから導かれたHERAPDFセットは、TevatronのW/Z生成およびLHCの過程を競争力を持って予測でき、その予測力の高さを示した。
• パラメータ化誤差のエンvelopeおよびモデル誤差推定が体系的に評価され、xおよびQ²の全範囲にわたり高いロバスト性が示された。