[論文レビュー] Progress in the CTEQ-TEA NNLO global QCD analysis

Tie-Jiun Hou, Keping Xie+11 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、最新のLHCデータとレガシーデータを包括的にフィットさせることで導出された、プロトンの次々次の精度（NNLO）グローバルな一部布関数（PDFs）であるCT18ファミリーを提示する。ハッセリアン法を用いて、データの不整合、スケールの選択、パラメータ化バイアスからの不確実性を評価する目的で、理論的仮定を変えて四つの異なるPDFセット—CT18、CT18A、CT18X、CT18Z—を導入した。CT18はLHC物理学への応用のためのデフォルトセットである。

ABSTRACT

We present the new CTEQ-TEA global analysis of quantum chromodynamics (QCD). In this analysis, parton distribution functions (PDFs) of the nucleon are determined within the Hessian method at the next-to-next-to-leading order (NNLO) in perturbative QCD, based on the most recent measurements from the Large Hadron Collider (LHC) and a variety of world collider data. Because of difficulties in fitting both the ATLAS 7 and 8 TeV $W$ and $Z$ vector boson production cross section data, we present four families of (N)NLO CTEQ-TEA PDFs, named CT18, A, X and Z PDFs, respectively. We study the impact of the CT18 family of PDFs on the theoretical predictions of standard candle cross sections at the LHC.

研究の動機と目的

• 最新の実験的データを用いて、プロトンの次々次の精度（NNLO）部分布関数（PDFs）の新世代を開発すること。
• 特にATLAS 7 TeV W/Zの急速度分布と深エネルギー散乱（DIS）データとの間に生じる不整合を解消するために、代替のPDFセットを導入すること。
• ベルンシュタイン多項式を用いて90種類以上の異なる関数形をテストすることで、パラメータ化バイアスを最小限に抑えること。
• NNLO予測とK要因、fastNNLOグリッドを組み合わせることで理論的精度を向上させ、スケールおよび高次の不確実性を評価すること。
• LHC物理学および新しい物理の探索における不確実性の定量的評価を可能にする、包括的かつ公開可能なPDFセット（CT18）と、3つの補足的セット（A、X、Z）を提供すること。

提案手法

• 30以上のLHCデータセット（W/Z、Drell-Yan、ジェット、トップクォーク対生成など）をグローバルフィットに用い、ハッセリアン法によりNNLO PDFを決定した。
• APPLGridとfastNNLOグリッドを用いて、ポイントワイズNNLO補正を施したNLO断面積を効率的に計算し、公開済みの表と照合して妥当性を検証した。
• PDFSenseとePumpプログラムを用いて、フィッティング前の段階でデータの影響を事前にスクリーニングし、最も制約の強い実験を選別した。
• NNLO断面積におけるモンテカルロ統合誤差を反映させるために、0.5%の非相関的数値的不確実性を導入した。
• 物理的整合性を保つために、制約が弱い運動量領域におけるPDFを制約するため、ラグランジュ乗数を用いた。
• 理論的仮定を変更した代替フィット（CT18A、X、Z）を検討した：ATLAS 7 TeV W/Zデータの組み込み、異なる因子化スケール、charmの極質量、CDHSWデータの除外を含み、システムティックバイアスを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLAS 7 TeV W/Z急速度分布とDISデータとの間に生じる不整合が、グローバルPDFフィットに与える影響は何か。このデータを組み込むと、どのようなPDFの挙動が現れるか。
• RQ2 深エネルギー散乱における因子化スケールを変化させた場合、その結果として得られるグルーオンおよび奇妙クォークPDFにどのような影響が生じるか。
• RQ3 異なるパラメータ化形式がPDFの不確実性帯に与える影響は何か。体系的なテストにより、最小限のバイアスをどの程度達成できるか。
• RQ4 スケールの選択、NNLOコード、統合手法からの理論的不確実性が、最終的なPDFセットにどの程度影響を与えるか。
• RQ5 代替PDFセット（CT18A、X、Z）は、デフォルトのCT18と比較して、ヒッグス粒子生成断面積およびグローバルフィットの適合度において、どのように異なるか。

主な発見

• CT18 PDFセットは、CT14およびCT14HERA2に置き換わり、30以上のLHCデータセットとレガシーデータを組み込んだ、デフォルトのNNLOグローバルPDFセットとなった。
• CT18ZフィットにおいてATLAS 7 TeV W/Z急速度分布を組み込むと、dimuon SIDISデータのS_E値が上昇し、DIS実験との間に高い不整合が生じることを示した。
• CT18Zフィットでは、グルーオン融合によるNNLOヒッグス生成断面積が、CT18およびCT14の予測と比較して約1%低減された。
• CT18XおよびCT18Zでxに依存する因子化スケールを用いることで、小x領域でのグルーオンPDFが増加し、x ~ 0.01付近では減少した。これは、より良い再結合効果を反映している。
• CT18ZでCDHSWデータを除外すると、x > 0.1領域でのグルーオンPDFがより硬くなる傾向が示され、他のデータセットと整合的になり、グローバルフィットにおける不整合が低減した。
• CT18A、X、Z PDFセットは、現在のデータと整合するPDF挙動の全範囲をより包括的に探査可能にし、LHC物理学における不確実性の定量的評価を強化した。