[论文解读] HERAPDF2.0Jets NNLO (prel.), the completion of the HERAPDF2.0 family

A. M. Cooper-Sarkar|arXiv (Cornell University)|Jun 5, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本论文通过提出 HERAPDF2.0Jets NNLO（预印本），完成了 HERAPDF2.0 家族的构建，该研究对 HERA 的 inclusive 深度非弹性散射和喷注产生数据进行了下一阶下一阶（NNLO）全球拟合。结果得到 αs(MZ²) = 0.1150 ± 0.0008(实验)⁺⁰.⁰⁰⁰²₋₀.₀⁰⁰⁵(模型/参数化) ± 0.0006(强子化) ± 0.0027(尺度)，当 αs 固定时，PDF 的形状变化极小，证实了喷注数据在独立于胶子 PDF 的情况下约束 αs 的作用。

ABSTRACT

The HERAPDF2.0 family, introduced in 2015, is completed with fits HERAPDF2.0Jets NNLO (prel.) based on inclusive HERA data and selected jet production data. The result of a fit with the strong coupling constant, $α_s(M^2_Z)$, free is $α_s(M^2_Z) = 0.1150 \pm 0.0008{ m (exp)} ^{+0.0002}_{-0.0005}$ (model/parameterisation) $\pm 0.0006{ m (hadronisation)} \pm 0.0027 { m (scale)}$. Sets of parton density functions, PDFs, from fits with fixed $α_s(M^2_Z) = 0.115$ and $α_s(M^2_Z) = 0.118$ are presented and compared.

研究动机与目标

• 通过使用喷注产生数据将全局 PDF 拟合扩展到下一阶下一阶（NNLO），以完成 HERAPDF2.0 家族的构建。
• 通过在 NNLO 下使用 inclusive 和喷注数据，以更高精度确定强耦合常数 αs(MZ²)。
• 评估当 αs 固定或自由时，喷注数据对部分子分布函数（PDFs）的影响。
• 评估 αs 确定结果对 Q² 截断、尺度选择和理论不确定性的鲁棒性。
• 将新的 NNLO PDF 集与仅基于 inclusive 数据的先前 HERAPDF2.0 NNLO 集进行比较，评估一致性与敏感性。

提出的方法

• 在 xFitter 框架内使用 QCDNUM 程序，对来自 HERA 的 inclusive ep 散射和喷注产生的 1343 个数据点进行了全局拟合。
• 使用 NNLOJET 计算了喷注截面的 NNLO 预测，并通过 Applfast 框架与 fastNLO 和 Applgrid 接口，实现了在迭代 PDF 拟合中的高效卷积。
• 在拟合前，对喷注截面预测应用了强子化修正和 Z⁰ 交换效应。
• 在 NNLO 下，因子化和重整化尺度设定为 μ² = Q² + pT²，这与 NLO 下的 μf² = Q² 和 μr² = (Q² + pT²)/2 不同。
• 不确定性通过实验、模型/参数化、强子化和尺度变化进行评估，尺度不确定性通过将 μf 和 μr 各变化两倍来评估。
• 对 αs(MZ²) 进行了 χ² 扫描，以验证中心值和实验不确定性，并在不同 Q²min 阈值下进行了额外检查，以测试低 Q² 偏倚。

实验结果

研究问题

• RQ1 与仅使用 inclusive 数据相比，NNLO 下包含喷注产生数据是否能提高强耦合常数 αs(MZ²) 确定的精度？
• RQ2 HERAPDF2.0Jets NNLO PDF 集与仅基于 inclusive 数据的 HERAPDF2.0 NNLO 集相比如何，特别是在 PDF 形状和不确定性方面？
• RQ3 尺度不确定性在 αs(MZ²) 总不确定性中占多大比重？新的 NNLO 尺度选择如何影响这一情况？
• RQ4 αs(MZ²) 的确定是否受到低 Q² 或低 pT 数据的偏倚，特别是在可能存在非 DGLAP 效应的背景下？
• RQ5 PDF 和 αs(MZ²) 对参数化和模型假设的变化有多敏感？

主要发现

• 在 αs(MZ²) 自由的 NNLO 拟合中，得到 αs(MZ²) = 0.1150 ± 0.0008(实验)⁺⁰.⁰⁰⁰²₋₀.₀⁰⁰⁵(模型/参数化) ± 0.0006(强子化) ± 0.0027(尺度)，其 χ²/d.o.f. 为 1.203。
• 尺度不确定性 ±0.0027 显著低于先前 NLO 的 +0.0037/-0.0030，表明理论控制能力得到改善。
• NNLO 拟合的 χ²/d.o.f.（1.203）与仅包含 inclusive 数据的 HERAPDF2.0 NNLO 拟合（1.205）相当，表明喷注数据未引入张力。
• 在 Q²min = 3.5、10 和 20 GeV² 下的扫描显示，Δχ² 的极小值一致，确认低 Q² 数据未对 αs(MZ²) 的确定造成偏倚。
• 当 αs(MZ²) 固定为 0.115 和 0.118 时，PDF 的形状与仅基于 inclusive 数据的 HERAPDF2.0 NNLO 拟合结果非常相似，表明当 αs 固定时，喷注数据不会显著改变 PDF 的形状。
• 胶子分布明显依赖于 αs(MZ²)，这与胶子 PDF 形状与 αs 值之间已知的相关性一致。