[论文解读] HERAPDF fits including $F_2$(charm) data

A. M. Cooper-Sarkar|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 8

一句话总结

本文展示了包含联合HERA $F_2$(粲)数据的HERAPDF拟合结果，采用多种重夸克方案与粲夸克质量，表明粲数据强烈约束了粲夸克质量与方案选择。结果表明，较高的粲夸克质量（$m_c = 1.65$ GeV）会抑制粲夸克产生，从而在低 $x$ 处增强胶子PDF，并使LHC的 $W/Z$ 截面预测提高最多2.5%。

ABSTRACT

PDF fits in the HERAPDF1.0 formalism have been made to the combined HERA-I inclusive data and the newly combined $F_2$(charm) data from the H1 and ZEUS experiments. The charm data are found to be sensitive to the value of the charm mass and the choice of the heavy quark scheme. This has consequences for the predictions of $W$ and $Z$ cross sections at the LHC.

研究动机与目标

• 通过纳入H1与ZEUS实验的联合HERA $F_2$(粲)数据，改进HERAPDF1.0。
• 研究PDF拟合对粲夸克质量（$m_c = 1.4$ 至 $1.65$ GeV）与重夸克方案选择的敏感性。
• 评估不同方案（RT-VFN标准、优化版、ACOT、FFN及NNLO）对PDF演化与 $W/Z$ 截面预测的影响。
• 通过新粲数据对质量与方案的敏感性，减少 $m_c$ 的模型不确定性。
• 评估各方案下拟合的一致性及其对LHC截面预测的影响。

提出的方法

• 对联合HERA-I的非弹性中性流与带电流 $e^\pm p$ 散射数据及 $F_2$(粲)数据进行NLO与NNLO全局拟合。
• 采用RT-VFN、优化版RT-VFN、ACOT与FFN方案来建模重夸克产生，同时改变 $m_c$ 值。
• 对 $F_2$(粲)数据施加 $Q^2 > 3.5$ GeV$^2$ 截断，得到41个数据点，并以 $\chi^2$/ndp 作为拟合优度的衡量标准。
• 对于FFN拟合，将海森堡夸克参数固定为HERAPDF1.0的值，使用 $Q^2 + 4m_c^2$ 作为因子化尺度，并仅以三味演化 $\alpha_s$。
• 探索FFN拟合的变体：不同的因子化尺度、$Q^2 < 3000$ GeV$^2$ 截断，以及替代的PDF参数化形式。
• 在RT-VFN方案下进行NNLO拟合，采用两个 $\alpha_s(M_Z)$ 值：0.1176（中心值）与0.1145（拟合优选值），以评估高阶下的方案依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在PDF拟合中，$F_2$(粲)数据的引入如何影响所优选的粲夸克质量值？
• RQ2 不同重夸克方案（RT-VFN、ACOT、FFN、优化版）对最终PDF与 $\chi^2$ 值有何影响？
• RQ3 $m_c$ 与 $\alpha_s(M_Z)$ 的变化如何影响低 $x$ 处的胶子PDF与 $W/Z$ 截面预测？
• RQ4 与以往分析相比，$F_2$(粲)数据在多大程度上减少了 $m_c$ 的模型不确定性？
• RQ5 在 $\chi^2$ 与PDF形状方面，NNLO拟合与NLO拟合相比如何，尤其是在低 $Q^2$ 区域？

主要发现

• 在标准RT-VFN方案中，$F_2$(粲)数据偏好较高的粲夸克质量（$m_c = 1.65$ GeV），其 $\chi^2$/ndp 显著更低（43.5/41），而 $m_c = 1.4$ GeV 时为134.5/41。
• 在优化版RT-VFN方案中，数据偏好较低的 $m_c = 1.4$ GeV，$\chi^2$/ndp 为64.8/41，表明更平滑的阈值行为减少了对高质质量的需求。
• ACOT方案同样偏好 $m_c = 1.65$ GeV，$\chi^2$/ndp 为41.4/41，且生成的PDF与标准RT-VFN方案相似。
• 尽管 $\chi^2$ 值相近，FFN方案在低 $x$ 处表现出显著增强的胶子PDF，这是由于缺乏粲夸克贡献所致。
• NNLO拟合无论 $\alpha_s(M_Z)$ 取值为0.1145还是0.1176，均偏好 $m_c = 1.4$ GeV，$\chi^2$/ndp 分别为54.5/41与60.3/41，且即使未包含数据，也能良好描述低-$Q^2$ 数据。
• 由于低 $x$ 处胶子PDF的增强，$m_c = 1.65$ GeV 时的 $W$ 与 $Z$ 截面预测比 $m_c = 1.4$ GeV 时高出2.5%，凸显了LHC预测中方案与质量依赖性的重要性。