[論文レビュー] Parton distributions and Tevatron jet data

S. Alekhin, J. Blümlein+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、Tevatronジェットデータがグローバルな一部子分布関数（PDF）フィットおよび強い結合定数 $\alpha_s(M_Z)$ の決定に与える影響を調査する。NLOおよび近似的なNNLO QCD計算を用いて、著者たちはTevatronジェットデータ（特にD0およびCDFからのもの）を含めることで、PDFの制約がわずかに改善されるが、$\alpha_s(M_Z)$ に顕著な変化はなく、$\alpha_s(M_Z) \approx 0.1135$ で不確かさは約1.4%の範囲で一貫していることを発見した。結果は、特にNMCからのDISデータがグルーオンPDFおよび $\alpha_s(M_Z)$ の制約において主な要因であり続け、ジェットデータはTevatronおよびLHCにおけるヒッグス粒子の断面積予測において二次的な役割を果たしていることを確認する。

ABSTRACT

We study the impact of Tevatron jet data on a global fit of parton distribution functions and on the determination of the value of the strong coupling constant. The consequences are illustrated for cross sections of Higgs boson production at Tevatron and the LHC.

研究の動機と目的

• Tevatronジェットデータが、既存のDISおよび固定標的に基づくデータに加えて、グローバルPDFフィットの改善および $\alpha_s(M_Z)$ の制約に寄与するかどうかを評価すること。
• TevatronおよびLHCにおけるヒッグスボソン生成断面積の不確実性低減に、Tevatronジェットデータが果たす役割を評価すること。
• ジェットデータの組み込みが、特に $x \sim 0.1$ においてグルーオンPDFや $\alpha_s(M_Z)$ に顕著なシフトをもたらすかどうかを調査すること。
• ジェット断面積における高次のQCD補正（NLOを超えるもの）が欠落していることによる理論的不確実性が、ジェットデータを含むPDFフィットの信頼性に与える影響を評価すること。
• 異なるTevatronジェットデータセット（D0対CDF、コーン対 $k_T$ アルゴリズム）がグローバルPDFフィットと整合するかを比較し、潜在的なデータ関連の不一致を特定すること。

提案手法

• ABKM09フレームワークを用いて、Tevatronジェットデータ（D0およびCDF実験からのもの）を組み込んだQCDのNLOおよび近似的なNNLOでのグローバルPDFフィットを実施する。
• ジェット断面積の理論的予測にはfastNLOを用い、2ジェットのインヴァリアント質量および1ジェット連続的生成に対してNLO精度を適用し、$E_T$ 分布に対してはしきい値の再結合による近似的なNNLO補正を適用する。
• DISに対しては固定フレーバー数スキーム（$n_f=3$）、Drell-Yanおよびジェットデータに対しては $n_f=5$ を用い、一貫性を保つためにNNLO QCD進化を適用する。
• Tevatronジェットデータを含む・含まないの両方のフィットを比較し、$\alpha_s(M_Z)$、PDFの不確実性、ヒッグス生成断面積の変化を評価する。
• フィットの良さは $\chi^2$/NDP を用いて評価し、データ-モデル一致の程度をプル（pull）を計算することで評価する。
• Tevatron（$\sqrt{s}=1.96$ TeV）およびLHC（$\sqrt{s}=7$ TeV）におけるヒッグス断面積予測におけるPDFと $\alpha_s(M_Z)$ の組み合わせ不確実性を定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronジェットデータの組み込みが、DISおよび固定標的データのみに基づくフィットと比較して、グローバルなPDFフィットを顕著に改善するか？
• RQ2 Tevatronジェットデータが $x \sim 0.1$ におけるグルーオン分布および $\alpha_s(M_Z)$ の値にどの程度制約を加えるか？
• RQ3 異なるジェットアルゴリズム（コーン対 $k_T$）およびデータセット（D0対CDF）が、PDFフィットの整合性および抽出された $\alpha_s(M_Z)$ にどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 NLOを超える高次のQCD補正（特に欠落しているもの）が、ジェットデータを含むPDFフィットの信頼性にどのような影響を及えるか？
• RQ5 TevatronおよびLHCにおけるヒッグスボソン生成断面積が、ジェットデータを含むフィットと含まないフィットとでどのように異なるか？

主な発見

• Tevatronジェットデータの組み込みにより、$\alpha_s(M_Z)$ の不確実性がわずかに低減し、異なるデータセットで $0.1134(9)$ から $0.1149(12)$ の範囲に分布するが、これは近似的なNNLOでのABKM09の値 $0.1135(14)$ と一致しており、妥当性が裏付けられる。
• D0の1ジェット連続的生成データは、高 $E_T$ で断面積がわずかに上昇しており、これはPDFの不確実性では説明できないため、データの理解またはモデル化に問題がある可能性を示唆している。
• コーンジェットアルゴリズムを用いたCDFデータは、$k_T$ アルゴリズムよりもABKM09予測とより良好に一致しており、ジェット再構築手法に起因する系統的差異の可能性がある。
• D0の2ジェットインヴァリアント質量データは、ABKM09フィットによってよく説明されており、再フィットしてもほとんど変化がなく、整合性が高く、PDFの変動に対して感受性が低いことが示された。
• ジェットデータを含めると、グルーオン-グルーオン融合によるヒッグス生成断面積の不確実性は約1–2 $\sigma$ だけ増加するが、中央値は元のABKM09予測とほぼ同一のままである。
• 本研究は、グルーオンPDFおよび $\alpha_s(M_Z)$ の主な制約要因がNMCのDISデータであり、Tevatronジェットデータではなく、ジェットデータはPDFフィットにおいて二次的で支援的な役割を果たしていることを確認した。