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QUICK REVIEW

[논문 리뷰] Impact of jet-production data on the next-to-next-to-leading-order determination of HERAPDF2.0 parton distributions

H, Zeus collaborations|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 02.
Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4
한 줄 요약

이 논문은 HERA ep 산란 및 제트 생성 데이터의 다음 다음 주요 순서(NNLO) 전역 피팅을 통해 정밀도가 향상된 부분자 분포 함수(PDFs)를 결정하는 것을 제안한다. 동시에 αs(MZ²)와 PDFs를 피팅함으로써, αs(MZ²) = 0.1156 ± 0.0011 (실험적) ± 0.0001/−0.0002 (모델+파라미터화) ± 0.0029 (스케일)를 도출하였으며, 제트 데이터는 글루온 PDF의 불확실성을 감소시키고, 포함형 및 제트 데이터 세트 간의 일관성을 확인한다.

ABSTRACT

The HERAPDF2.0 ensemble of parton distribution functions (PDFs) was introduced in 2015. The final stage is presented, a next-to-next-to-leading-order (NNLO) analysis of the HERA data on inclusive deep inelastic $ep$ scattering together with jet data as published by the H1 and ZEUS collaborations. A perturbative QCD fit, simultaneously of $α_s(M_Z^2)$ and and the PDFs, was performed with the result $α_s(M_Z^2) = 0.1156 \pm 0.0011~{ m (exp)}~ ^{+0.0001}_{-0.0002}~ { m (model}$ ${ m +~parameterisation)}~ \pm 0.0029~{ m (scale)}$. The PDF sets of HERAPDF2.0Jets NNLO were determined with separate fits using two fixed values of $α_s(M_Z^2)$, $α_s(M_Z^2)=0.1155$ and $0.118$, since the latter value was already chosen for the published HERAPDF2.0 NNLO analysis based on HERA inclusive DIS data only. The different sets of PDFs are presented, evaluated and compared. The consistency of the PDFs determined with and without the jet data demonstrates the consistency of HERA inclusive and jet-production cross-section data. The inclusion of the jet data reduced the uncertainty on the gluon PDF. Predictions based on the PDFs of HERAPDF2.0Jets NNLO give an excellent description of the jet-production data used as input.

연구 동기 및 목표

  • HERA 데이터의 전역 피팅에 제트 생성 데이터를 포함시켜 부분자 분포 함수(PDFs)의 정밀도를 향상시키기.
  • 다음 다음 주요 순서(NNLO) 양자 양자장론(QCD)에서 포함형 깊은 비탄성 산란(DIS) 및 제트 생성 데이터 세트 간의 일관성을 테스트하기.
  • PDFs와 αs를 동시에 피팅함으로써 강한 상호작용 상수 αs(MZ²)의 보다 정밀한 값을 도출하기.
  • 제트 데이터가 글루온 PDF의 불확실성과 전체 PDF 세트의 품질에 미치는 영향을 평가하기.
  • 고에너지 물리 현상학에서 사용하기 위한 새로운, 상호 일관성이 있는 PDF 세트인 HERAPDF2.0Jets NNLO를 제공하기.

제안 방법

  • H1 및 ZEUS 협력단의 HERA 포함형 ep 산란 데이터와 제트 생성 데이터를 동시에 NNLO 양자점성역학(QCD) 피팅 수행.
  • 실험적, 모델적, 파라미터화 불확실성을 포함한 전역 피팅 프레임워크를 사용하여 PDFs와 αs(MZ²)를 한 번의 피팅으로 추출.
  • 이전의 HERAPDF2.0 NNLO 결과와의 비교를 위해, 별도의 PDF 피팅을 위해 αs(MZ²)를 0.1155와 0.118로 고정.
  • NNLO 예측을 계산하기 위해 NNLOJET 이벤트 생성기를 사용하였으며, 제트를 질량이 없는 것으로 가정하고, 분리 및 재정규화 스케일을 적절히 설정.
  • 데이터 밴드 간에 완전히 상관된 경우와 50% 상관/50% 비상관인 경우를 가정하여 스케일 불확실성 평가.
  • 유도된 PDF 세트를 HERAPDF2.0 NNLO(제트 데이터 없음) 및 제트 생성 데이터와 비교하여 일관성과 정확도를 검증.
Figure 1: Difference between $\chi^{2}$ and $\chi^{2}_{\rm min}$ versus a) $M_{c}$ for $M_{b}=4.2$ GeV at NNLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.1155$ , b) $M_{c}$ for $M_{b}=4.3$ GeV at NLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.118$ , c) $M_{b}$ with $M_{c}=1.41\,$ GeV at NNLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.115
Figure 1: Difference between $\chi^{2}$ and $\chi^{2}_{\rm min}$ versus a) $M_{c}$ for $M_{b}=4.2$ GeV at NNLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.1155$ , b) $M_{c}$ for $M_{b}=4.3$ GeV at NLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.118$ , c) $M_{b}$ with $M_{c}=1.41\,$ GeV at NNLO with $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})=0.115

실험 결과

연구 질문

  • RQ1제트 생성 데이터의 포함이 전역 NNLO 피팅에서 αs(MZ²)의 결정에 어떤 영향을 미치는가?
  • RQ2HERA 포함형 DIS 및 제트 생성 데이터 세트가 NNLO 정밀도에서 얼마나 잘 일치하는가?
  • RQ3HERAPDF2.0 프레임워크에서 제트 데이터가 글루온 PDF의 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
  • RQ4HERAPDF2.0Jets NNLO PDF 세트가 원래의 HERAPDF2.0 NNLO와 비교해 일관성과 예측 능력 측면에서 어떻게 다른가?
  • RQ5포함형 및 제트 데이터를 모두 포함한 전역 NNLO 피팅에서 추출된 강한 상호작용 상수 αs(MZ²)의 정밀도는 어느 정도인가?

주요 결과

  • 동시 NNLO 피팅 결과로 αs(MZ²) = 0.1156 ± 0.0011 (실험적) ± 0.0001/−0.0002 (모델+파라미터화) ± 0.0029 (스케일)를 도출하였으며, 세계 평균과 일치한다.
  • 제트 데이터의 포함으로 글루온 PDF의 불확실성이 감소하였으며, 특히 x > 10⁻³ 영역에서 제트 데이터가 불확실성 감소의 주요 기여를 한다.
  • HERAPDF2.0Jets NNLO PDFs를 기반으로 한 예측은 피팅에 사용된 제트 생성 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, 데이터의 일관성을 확인한다.
  • αs(MZ²) = 0.1155 및 0.118인 HERAPDF2.0Jets NNLO PDF 세트는 전체 운동량 영역에서 원래의 HERAPDF2.0 NNLO PDFs와 일관성이 있으며相互 일관성을 유지한다.
  • 완전히 상관된 경우의 스케일 불확실성 ±0.0029는 50% 상관/50% 비상관인 경우 ±0.0022로 감소하여 이전의 NLO 결과와 일치한다.
  • HERAPDF2.0Jets NNLO PDFs는 HERAPDF2.0 세트를 완성하며, NNLO에서 HERA 데이터로부터 유일하게 유도된 상호 일관성이 있고 고정밀도의 PDF 세트를 제공한다.
Figure 2: Difference between $\chi^{2}$ and $\chi^{2}_{\rm min}$ versus $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ for HERAPDF2.0Jets NNLO fits with fixed $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ . The result and all uncertainties determined for the HERAPDF2.0Jets NNLO fit with free $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ are also shown, added in qua
Figure 2: Difference between $\chi^{2}$ and $\chi^{2}_{\rm min}$ versus $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ for HERAPDF2.0Jets NNLO fits with fixed $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ . The result and all uncertainties determined for the HERAPDF2.0Jets NNLO fit with free $\alpha_{s}(M_{Z}^{2})$ are also shown, added in qua

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