[논문 리뷰] The effects of combined HERA and recent Tevatron W - > lepton neutrino charge asymmetry data on the MSTW PDFs

R. S. Thorne, A. D. Martin외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 7인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 MSTW 글로벌 파트온 분포 피팅에 대해 조합된 HERA 중성미자 구조 함수 데이터와 최근 Tevatron W→ℓν 전하 비대칭 측정치의 영향을 조사한다. 조합된 HERA 데이터는 Tevatron와 LHC에서 Z 및 힉스 생성의 단면적 예측에 2–3%의 변화를 유도하는 반면, Tevatron 비대칭 데이터는 특히 DØ 뮤온 및 전자 데이터에 대해 상당한 디우테륨 핵물리 보정이 필요함을 드러내며 긴장이 존재함을 시사한다. 연구는 현재 PDF가 유효하다고 결론내리지만, 디우테륨 데이터에서의 핵물리 효과를 개선된 방식으로 다루어야 한다고 강조한다.

ABSTRACT

We examine the effect of including the `combined' HERA structure function data in the MSTW global fit for parton distribution functions (PDFs). The combined neutral-current HERA data have a significant, if not dramatic, effect, of up to 2--3% at NLO for Z boson and Higgs production at the Tevatron and LHC, and a generally slightly smaller effect, particularly on LHC processes, at NNLO. This is an amount comparable, or less than, the typical PDF uncertainties, and hence we do not intend to release an imminent update to the MSTW 2008 fit. We also investigate the consistency with the recent D0 data on electron and muon charge asymmetry from W decays and the direct CDF measurement of the W charge asymmetry. The D0 lepton charge asymmetry data imply a fairly large change to the down-quark distribution and/or large nuclear corrections to be applied when fitting to deuterium structure function data, while the CDF W charge asymmetry data are more consistent with the existing PDFs. However, it is difficult to reconcile all of the Tevatron W -> lepton neutrino charge asymmetry data sets with the fit, and to some extent, with each other.

연구 동기 및 목표

• 조합된 HERA 중성미자 구조 함수 데이터가 MSTW 2008 글로벌 PDF 피팅에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 최근 DØ 및 CDF W→ℓν 레프톤 전하 비대칭 데이터가 기존 MSTW PDF와 일관된지 평가하기 위해.
• 디우테륨 구조 함수 데이터에서의 핵물리 보정이 Tevatron 비대칭 측정치와 이론적 예측 간의 격차를 해소할 수 있는지 조사하기 위해.
• 새로운 데이터가 MSTW 2008 PDF 세트의 즉각적인 업데이트가 필요하게 하는지 결정하기 위해.

제안 방법

• 계산 오차를 제곱합으로 처리하여 조합된 HERA 중성미자 데이터를 사용해 MSTW 2008 PDF에 대한 글로벌 피팅을 수행한다.
• 영향을 분리하기 위해 피팅에 HERA 구조 함수 데이터만 포함시키며, 전체 MSTW 2008 글로벌 피팅 결과와 비교한다.
• Tevatron W→ℓν 전하 비대칭 데이터(DØ 전자 및 뮤온, CDF 포함)를 글로벌 피팅에 통합하고, 일치도 평가를 위해 χ² 비교를 수행한다.
• 디우테륨 핵물리 보정을 자유 매개변수로 도입하며, 네 개의 조정 가능한 매개변수를 가진 매끄러운 Q²에 의존하지 않는 함수를 사용한다.
• Z 및 힉스 생성의 단면적 예측에서의 PDF 변화를 비교함으로써 영향을 정량화한다.
• 다양한 디우테륨 보정 가정 하에서 서로 다른 데이터 세트(DØ e⁻, DØ μ⁻, CDF W)의 일관성과 글로벌 피팅과의 호환성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 조합된 HERA 중성미자 구조 함수 데이터는 MSTW 2008 PDF와 그 충돌기 과정 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 최근 DØ 및 CDF W→ℓν 레프톤 전하 비대칭 데이터는 기존 MSTW 2008 PDF와 어느 정도 일치하는가?
• RQ3 향상된 디우테륨 핵물리 보정이 Tevatron 비대칭 데이터와 이론적 PDF 예측 간의 긴장을 해소할 수 있는가?
• RQ4 DØ 전자, DØ 뮤온, CDF W 전하 비대칭 데이터 간의 격차는 현재 이론적 불확실성 범위 내에 일관된가, 아니면 새로운 물리학 또는 보정이 필요한가?
• RQ5 새로운 데이터의 포함이 MSTW 2008 PDF 세트의 즉각적인 업데이트가 필요하게 하는가?

주요 결과

• 조합된 HERA 데이터의 포함은 Tevatron와 LHC에서 Z 및 힉스 생성 단면적 예측에 2–3%의 변화를 유도하며, NNLO에서는 약간 더 작은 영향을 미친다.
• HERA 데이터의 피팅 품질은 NNLO에서 향상되어 575/553으로, NLO의 600/553보다 우수하며, αS(MZ²)는 0.1171에서 0.1181로 증가한다.
• DØ 레프톤 전하 비대칭 데이터는 양호한 피팅을 위해 상당한 디우테륨 핵물리 보정이 필요하며, 특히 뮤온 데이터의 경우 x ≈ 0.4에서 다운 쿼크 분포가 10% 증가한다.
• CDF W 전하 비대칭 데이터는 기존 MSTW 2008 PDF와 더 일치하며, χ² ≈ 28/13을 보이고 반면 DØ 데이터는 더 큰 긴장을 보인다.
• DØ 전자 및 뮤온 데이터를 동시에 양호하게 피팅하는 것은 매우 부자연스러운 디우테륨 보정을 도입하지 않으면 불가능하며, 이는 데이터 세트 간의 근본적인 불일치를 시사한다.
• 연구는 새로운 데이터가 MSTW 2008 PDF를 무효화하지는 않지만, 정의된 PDF 업데이트 이전에 디우테륨 데이터에서의 핵물리 효과에 대한 추가 연구가 필요하다고 결론내린다.