[論文レビュー] PDFs, $\alpha_s$, and quark masses from global fits

S. Alekhin, Johannes Bluemlein+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、HERA、テバトロン、LHC、固定標的に基づく更新されたデータを用いて、部分的分布関数（PDFs）、強い結合定数 αs、および重いクォーク質量（mc、mb、mt）のグローバルフィットを提示する。質量のない状態と質量のある状態の両方の寄与に対して完全なNNLO QCD補正を適用した固定フレーバー数スキームを採用し、αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008、mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV、mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV を得た。これにより摂動的安定性が向上し、全Q²領域においてHERAデータとの整合性が向上した。

ABSTRACT

The strong coupling constant $\alpha_s$ and the heavy-quark masses, $m_c$, $m_b$, $m_t$ are extracted simultaneosly with the parton distribution functions (PDFs) in the updated ABM12 fit including recent data from CERN-SPS, HERA, Tevatron, and the LHC. The values of \begin{eqnarray} onumber \alpha_s(M_Z)&=&0.1147\pm0.0008~({ m exp.)},\\ onumber m_c(m_c)&=&1.252\pm 0.018~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_b(m_b)&=&3.83\pm0.12~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_t(m_t)&=&160.9\pm1.1~({ m exp.})~{ m GeV} \end{eqnarray} are obtained with the $\overline{MS}$ heavy-quark mass definition being employed throughout the analysis.

研究の動機と目的

• グローバルフィットにおいて、部分的分布関数（PDFs）とともに強い結合定数 αs と重いクォーク質量（mc、mb、mt）を同時に抽出すること。
• CERN-SPS、HERA、テバトロン、LHCからの最新の深エネルギー散乱（DIS）およびDrell-Yanデータを統合することで、αs とクォーク質量の精度を向上させること。
• Run I+IIのHERAインクルーシブDISデータと半インクリューシブな重クォーク生成データの更新が、αs とクォーク質量の決定に与える影響を評価すること。
• 完全なNNLO補正を施した固定フレーバー数（FFN）スキームにおけるMSスキームの重クォーク質量の摂動的安定性と一貫性を評価すること。
• トップクォーク生成および重クォークDISデータのフィットにおいて、FFNスキームと可変フレーバー数（VFN）スキームの性能を比較すること。

提案手法

• ABM12フレームワークを用いたグローバルフィットを実施し、HERA、テバトロン、LHCからのDIS、Drell-Yan、シングルトップ、t¯t生成データを統合した。
• 完全なNNLO QCD補正を適用した固定フレーバー数（FFN）因子化スキームを採用し、質量のない状態と質量のある状態の両方の寄与を含めた。
• NNLO質量のあるウィルソン係数は、高エネルギー漸近挙動から導出し、利用可能なNNLO質量のあるオペレータ行列要素（OMEs）とマッチさせた。純スレーター項の改良も施した。
• 重クォーク質量にはMSスキームを一貫して使用し、ポール質量よりも優れた摂動的安定性を確保した。
• t¯tおよびtチャネルシングルトップ生成断面積のNNLO計算にはHathorコードを用い、sチャネルの結果は臨界近似によるスムージングを適用した。
• 縦構造関数FLにおける高次トレランス（HT）効果を含め、Run I+IIのHERAデータの組み合わせによる精度向上に伴い、より正確にフィットした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Run I+IIのHERAインクルーシブDISデータの組み合わせの導入は、αs(MZ) の決定にどのように影響するか？
• RQ2 半インクリューシブな重クォークDISデータは、MSスキームにおけるmcおよびmb質量の抽出にどのような影響を及えるか？
• RQ3 完全なNNLO補正を施したFFNスキームは、トップクォーク生成データのフィットにおいてVFNスキームと比べてどのように異なるか？
• RQ4 高次トレランス寄与は、αs および縦構造関数FL の決定にどの程度の影響を及えるか？
• RQ5 t¯tおよびシングルトップ生成断面積からのMSスキームのトップクォーク質量 mt(mt) の精度と一貫性はいかほどか？

主な発見

• 更新されたグローバルフィットにより、αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008（実験的誤差）が得られた。これは、Run I+IIのHERAデータの統合に起因し、前回のABM12結果と比較して1σの上昇を示した。
• cクォーク質量は mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV と決定され、多様なデータセットを用いた他のNNLO決定と良好に一致した。
• bクォーク質量は mb(mb) = 3.83 ± 0.12 GeV と得られ、既存の世界平均値および他のNNLOフィットと整合的であった。
• トップクォーク質量は t¯t およびシングルトップ生成データから mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV と抽出され、他の決定と広く一致した。
• MSスキーム質量を用いたFFNスキームは、全Q²範囲においてHERAデータとの整合性が高く、特に重クォーク生成においてVFNスキームを上回った。
• 縦構造関数FLにおける高次トレランス項の導入は、非ゼロであり、Run I+IIのHERAデータの精度向上と整合的であった。αs への影響は誤差範囲内で無視できる程度であった。