[论文解读] Probing the strange content of the proton with charm production in charged current at LHeC

H. Abdolmaleki, Valerio Bertone+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文研究了在拟议的大型强子电子对撞机（LHeC）上，通过带电流深度非弹性散射（CC DIS）中的粲夸克产生，以约束质子的奇异夸克部分子分布函数（PDF）。利用 XFITTER 框架，比较了固定风味数方案（FFNS）与可变风味数方案（VFNS），表明高统计量的 LHeC 数据在宽广的动量空间范围内，可显著降低奇异 PDF 的不确定性，尤其是当结合理论精度与实验覆盖范围时。

ABSTRACT

We study charm production in charged-current deep-inelastic scattering (DIS) using the xFitter framework. Recent results from the LHC have focused renewed attention on the determination of the strange-quark parton distribution function (PDF) and the DIS charm process provides important complementary constraints on this quantity. We examine the current PDF uncertainty, and use LHeC pseudodata to estimate the potential improvement from this proposed facility. As xFitter implements both fixed-flavor- and variable-flavor-number schemes, we can compare the impact of these different theoretical choices; this highlights some interesting aspects of multi-scale calculations. We find that the high-statistics LHeC data covering a wide kinematic range could substantially reduce the strange PDF uncertainty.

研究动机与目标

• 通过带电流深度非弹性散射（CC DIS）中的粲夸克产生，改进对质子中奇异夸克部分子分布函数（PDF）的确定。
• 通过伪数据模拟评估未来 LHeC 数据对降低奇异 PDF 不确定性的影响。
• 比较固定风味数方案（FFNS）与可变风味数方案（VFNS）的理论预测，突出多尺度计算中的差异。
• 评估粲夸克产生作为 LHC 数据的补充探针，在约束质子中奇异性方面的作用。

提出的方法

• 本研究采用 XFITTER 框架，计算 LHeC 能量下 CC DIS 中粲夸克产生的理论预测。
• 实现固定风味数方案（FFNS）与可变风味数方案（VFNS），以比较不同理论方法下的理论不确定性和一致性。
• 基于理论预测生成 LHeC 的伪数据，以模拟未来对 PDF 的实验约束。
• 分析涉及奇异夸克与粲夸克的 partonic 费曼子过程，以分离对结构函数 F2^c 的贡献。
• 该框架考虑了重夸克质量效应，并将如 c → cg 等过程中的末态奇点因子化，以确保与实验可观测量的一致性。
• 研究运行耦合常数 αs 与有效活性风味数（Neff）之间的相互作用，特别是在 VFNS 中匹配尺度的背景下。

实验结果

研究问题

• RQ1 与当前的全球拟合相比，LHeC 中带电流 DIS 的粲夸克产生在多大程度上改善了对奇异夸克 PDF 的约束？
• RQ2 FFNS 与 FONLL-B 方案的理论不确定性对奇异 PDF 提取的影响如何？
• RQ3 高统计量的 LHeC 数据在多大程度上可降低奇异海夸克分布 s(x) + s̄(x) 的不确定性？
• RQ4 不同理论方案（FFNS 与 VFNS）对包含性粲夸克产生截面的解释有何影响？
• RQ5 末态奇点与夸克质量效应在高阶微扰计算中如何影响包含性 F2^c 结构函数的定义？

主要发现

• 覆盖宽广动量空间范围的高统计量 LHeC 数据可显著降低奇异夸克部分子分布函数的不确定性。
• FFNS A 与 FONLL-B 方案的比较揭示了理论预测中的非平凡差异，尤其在大 Q2 区域，凸显了高阶修正的重要性。
• 在 XFITTER 中同时包含固定风味与可变风味方案，使得对粲夸克产生截面理论不确定性的稳健评估成为可能。
• 必须将如 c → cg 等过程中的末态奇点仔细地因子化到碎片化函数中，以确保与实验测量的一致性。
• 研究发现，在高阶微扰计算中，由于轻夸克与重夸克圈贡献的重叠，完全包含性的 F2^c 定义存在挑战，尤其在多尺度计算中。
• 结果支持将 LHeC 数据作为 LHC 数据的有力补充探针，用于约束质子中的奇异性，特别是当与精确的理论建模相结合时。