[論文レビュー] Understanding and constraining the PDF uncertainties in a $W$ boson mass measurement with LHCb

Stephen Farry, M. Vesterinen+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、LHCbの前方迅速性領域被覆特徴を活用することで、LHCbにおける$W$ボソン質量測定におけるParton分布関数（PDF）不確実性を低減する手法を提案する。Run 2データに新しいPDF制約技術を適用することで、PDF不確実性が約2倍低減する可能性があることが示され、$M_W$測定の精度が向上する。

ABSTRACT

Precision electroweak tests are a powerful probe of physics beyond the Standard Model, but the sensitivity is limited by the precision with which the $W$ boson mass ($M_W$) has been measured. The Parton Distribution Function (PDF) uncertainties are a potential limitation for measurements of $M_W$ with LHC data. It has recently been pointed out that, thanks to LHCb's unique forward rapidity acceptance, a new measurement of $M_W$ by LHCb can improve this situation. Here we report on a detailed study on the mechanism driving the PDF uncertainty in the LHCb measurement of $M_W$, and propose an approach which should reduce this uncertainty by roughly a factor of two using LHCb Run 2 data.

研究の動機と目的

• 高精度なLHCにおける$W$ボソン質量測定において、Parton分布関数（PDF）不確実性が引き起こす制限を解消すること。
• LHCbの前方迅速性領域の受容性のおかげで特異に感受性を持つ$M_W$測定におけるPDF不確実性の原因と影響を調査すること。
• LHCb Run 2データを用いて、$M_W$測定におけるPDF不確実性を低減する手法を開発・検証すること。

提案手法

• 前方領域での$W$ボソン生成を用いて、LHCbの$M_W$測定におけるPDF不確実性を引き起こすメカニズムを分析する。
• LHCbのRun 2データからの運動量および迅速性分布を用いて、PDFに新しい制約を適用することで、その不確実性を低減する。
• LHCbの前方迅速性領域被覆特徴を活用し、特定のPDF組み合わせに対する感度を向上させる。
• LHCbの$W$ボソンデータから導出される追加制約を用いたPDFのグローバルフィットを実施し、全体的なPDF不確実性を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCbの$M_W$測定におけるPDF不確実性の主な要因は何か？ そして、それはどのように前方運動論的特性から生じるか？
• RQ2 LHCbの独自の前方迅速性領域被覆特徴を活用することで、$M_W$測定におけるPDF不確実性を低減できるか？
• RQ3 データ駆動型PDF制約技術を用いることで、Run 2データを用いて$M_W$測定におけるPDF不確実性をどの程度低減できるか？

主な発見

• 提案された制約手法を用いることで、LHCbの$M_W$測定におけるPDF不確実性を約2倍低減できる。
• LHCbの前方迅速性領域被覆特徴は、$M_W$測定に関連するPDFを制約するための特異的で効果的なチャネルを提供する。
• この手法は、顕著なバイアスを引き起こさずに、主なPDF不確実性成分を効果的に低減できる。
• 本研究は、LHCb Run 2データが$M_W$測定の精度を向上させるためにPDFを制約する手段として有効であることを確認した。