[論文レビュー] Progress in CTEQ-TEA PDF analysis

Pavel Nadolsky, Jun Gao+7 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、LHC未発表の実験データを用いた次々次の精度（NNLO）で、新しいQCD全球的解析としてCT10 NNLO parton distribution functions（PDFs）を提示する。CT10 NNLO PDFsは理論的精度を向上させ、NLOと比較してわずかに不確実性を低減し、W/Zボソンおよびジェット生成におけるATLASデータと良好に一致しており、CT10 NLOと比較して断面積が2–4%増加しており、MSTW’08 NNLO予測と整合的である。

ABSTRACT

Recent developments in the CTEQ-TEA global QCD analysis are presented. The parton distribution functions CT10-NNLO are described, constructed by comparing data from many experiments to NNLO approximations of QCD.

研究の動機と目的

• LHC未発表の実験データを用いたNNLO精度の新しい全球的QCD解析を開発すること。
• QCD結合定数、PDFの進化、行列要素に対するNNLO近似を組み込むことで、ハドロン断面積計算の理論的精度を向上させること。
• 特にWボソンおよびジェット生成に対して、誤差処理とデータ選択の精錬を通じてPDF駆動型不確実性を低減すること。
• NLOとNNLO結果の相互比較が可能な、CT10 NLOおよびCT10W NLOと整合性のあるPDFセットを提供すること。
• 近い将来に予定されているCT12 PDFリリースの基盤を築くこと。

提案手法

• CT10 NNLO PDFsは、深電子散乱、Drell-Yan、ジェット生成を含む多様な短距離過程からの2700点のデータに、グローバルフィットを適用して構築された。
• 重クォーク質量効果に対して二ループ（NNLO）精度のS-ACOT-χ因子化スキームが使用された。
• 理論的予測は、深電子散乱およびベクトルボソン生成におけるαs(Q)、PDFの進化、行列要素に対してNNLO QCD近似を用いて計算された。
• 系統的不確実性は誤差PDFセットを用いて評価され、相関する実験的誤差は洗練された統計的手法で取り扱われた。
• NLO/NNLO比較のため、CT10 NLOおよびCT10W NLOと一致するようにPDFセットがマッチングされた。
• 結果は、ResBosおよびNLO行列要素を用いたNNLO PDFと組み合わせ、ATLASのW/Z速さ分布およびインクルーシブジェットpTスペクトルに対する検証が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NNLO QCD補正は、NLOと比較して、parton distribution functionsのグローバルフィットにどのように影響を与えるか？
• RQ2 CT10 NLOと比較して、CT10 NNLO PDFsは理論的不確実性をどの程度低減するか？
• RQ3 CT10 NNLO PDFsは、LHCにおけるW/Zボソンおよびインクルーシブジェット生成のATLASデータをどの程度よく記述するか？
• RQ4 D0 Run-2のAℓデータの部分的組み込みが、CT10 NLOおよびCT10W NLOと比較してCT10 NNLO PDFsにどのような影響を与えるか？
• RQ5 特にグルーオンおよび重クォーク分布において、CT10 NNLO PDFsはMSTW’08 NNLOと形状および正規化の点でどの程度類似しているか？

主な発見

• 2700点のデータに対して、CT10 NNLO PDFsは\chi^2/N_{pt} \approx 1.1を示し、CT10 NLOフィットと同等のグローバルフィット品質を示しており、良好なフィットを示している。
• CT10 NNLOの中央値PDFでは、LHCエネルギー下でのW^+、W^-、Zおよびヒッグスボソン生成の全断面積が、CT10 NLOと比較して2–4%増加している。
• $\sqrt{s} = 14$ TeVにおけるW^+生成では、CT10 NNLO予測は$12.7 \pm 0.5$ nbであり、MSTW’08 NNLOの$12.4 \pm 0.2$ nbに近く、一致している。
• CT10 NNLOのグルーオンPDFは、$x < 10^{-3}$および$x = 0.1-0.5$でMSTW’08 NNLOと比較してわずかに硬く、$x > 0.5$ではやや柔らかくなっている。
• CT10 NNLO PDFsでは、$x < 10^{-2}$でグルーオンが抑制され、海クォークが増強されており、CT10W NLOと比較してcharmおよびbottomクォーク分布が顕著に異なる。
• CT10 NNLO PDFsを用いた理論的予測は、ZおよびW^\pmレプトン速さ分布においてATLASデータとよく一致しており、系統的補正後、$R = 0.4$および$R = 0.6$のジェットに対して\chi^2値が0.78および0.76に低下している。