[论文解读] An Update of the ABMP16 PDF Fit

S. Alekhin, Johannes Bluemlein+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 1

一句话总结

本文提出了 ABMP16 质子部分子分布函数（PDFs）的更新版本，结合了近期 LHC 在 7 TeV 下 W 和 Z 玻色子产生以及 HERA 对深度非弹性散射中 c-夸克和 b-夸克产生的高精度数据。对包含式深度非弹性散射（DIS）数据施加更严格的 Q² > 10 GeV² 截断，可抑制小 x 处的高阶扭曲效应，从而获得更可靠的胶子分布函数，同时奇异海夸克分布函数在小 x 处与上夸克和下夸克的平均值一致，但在中等 x 处被抑制约 0.5 倍。当在拟合中考虑光子引发过程时，非共振 γ*/Z 产生数据也得到了成功描述。

ABSTRACT

We present an updated version of the ABMP16 nucleon PDFs, which is tuned by using recent precise data on $W$- and $Z/\gamma^*$-production at the LHC and the final HERA data on DIS $c$- and $b$-quark production and by imposing a stringent $Q^2$-cut on the inclusive DIS data in order to avoid the impact of higher twist terms at small $x$ at HERA. The new $W$- and $Z$-boson production data, in particular the updated version of the ATLAS data at the c.m.s. energy 7 TeV, are well accommodated into the present fit. The strange sea distribution obtained is consistent with the average of the up and down quark ones at small $x$. However, it is still suppressed with respect to the non-strange one by a factor of $\sim 0.5$ at moderate $x$. The small-$x$ gluon distribution is enhanced as compared to the previous ABMP16 fit, in line with updated data on the DIS $c$-quark production. Finally, a good description of the non-resonant $\gamma^*/Z$-production data, which are included into the ABM analysis for the first time, is achieved provided the photon-initiated lepton pair production is taken into account.

研究动机与目标

• 通过整合最新的高统计量 LHC W 和 Z 玻色子产生数据，提升 ABMP16 质子部分子分布函数（PDFs）的精度与可靠性。
• 通过在 HERA 包含式深度非弹性散射（DIS）数据上施加严格的 Q² > 10 GeV² 截断，缓解小 x 处高阶扭曲贡献可能带来的偏差。
• 评估更新后的 HERA c-和 b-夸克产生数据对胶子分布和奇异海夸克分布的影响。
• 首次在全局 PDF 拟合中包含并验证非共振 γ*/Z 产生数据的描述，同时考虑光子引发贡献。
• 利用 FEWZ 3.1 等先进理论工具，评估更新后的 PDF 与近期 ATLAS 在带电轻子不对称性和 Drell-Yan 截面方面的数据的一致性。

提出的方法

• 采用下一下一阶（NNLO）QCD 计算进行质子 PDF 的全局拟合，使用 FEWZ 3.1 代码计算 W/Z 玻色子和 Drell-Yan 的预测结果。
• 对 HERA 的包含式 DIS 数据施加新的 Q² > 10 GeV² 截断，以抑制高阶扭曲贡献，提升包含式与半包含式数据集之间的一致性。
• 通过结合 c-和 b-夸克产生数据并与其与包含式 DIS 的比较，对奇异海夸克分布施加约束，确保不同类型数据之间的一致性。
• 通过动态确定的光子分布，将光子引发的轻子对产生过程（γγ → l⁺l⁻）纳入拟合，从而改善与非共振 Drell-Yan 数据的一致性。
• 拟合中纳入了更新后的 ATLAS 在 √s = 7 TeV 下的 W/Z 产生数据，NNLO 下的 χ²/NDP 为 69/61，表明与数据有良好符合度。
• 利用 FEWZ 3.1 和 DYNNLO 1.4 工具评估理论预测中的系统不确定性，选择 FEWZ 3.1 是因其与数据的整体符合度更优。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含式 DIS 数据上施加更严格的 Q² > 10 GeV² 截断，对小 x 胶子分布和奇异海夸克分布的确定有何影响？
• RQ2 更新后的 ATLAS 在 7 TeV 下的 W 和 Z 玻色子产生数据在多大程度上改善了对奇异海夸克分布和胶子 PDF 的约束？
• RQ3 ATLAS 提供的非共振 γ*/Z 产生数据能否在全局 PDF 拟合中一致描述？光子引发过程在此中起什么作用？
• RQ4 与之前版本相比，更新后的 ABMP16 PDF 集在中等 x 处奇异海夸克抑制因子有何变化？
• RQ5 更新后的 HERA c-和 b-夸克产生数据对来自包含式和半包含式过程的胶子分布一致性有何影响？

主要发现

• 更新后的 ABMP16 PDF 集（ABMP16upd）在小 x 处的胶子分布相比原始 ABMP16 拟合有显著增强，主要由更严格的 Q² 截断和更新的 c-夸克数据驱动。
• 奇异海夸克分布与上夸克和下夸克分布的平均值在小 x 处一致，表明在价夸克区域的不对称性减小。
• 在中等 x 处，奇异海夸克相比非奇异海夸克被抑制约 0.5 倍，得到奇异海夸克抑制因子 κs(μ² = 20 GeV²) = 0.71(3)。
• 当包含光子引发过程时，ATLAS 提供的非共振 γ*/Z 产生数据得到良好描述，且拟合得到的光子分布大于 MRST2004qed 集中的值。
• 在 NNLO 下，拟合对 ATLAS 的 W/Z 数据的 χ²/NDP 为 69/61，表明数据整体描述良好，无显著系统偏差。
• 引入 Q² > 10 GeV² 截断后，包含式与半包含式 HERA 数据之间的一致性得到改善，特别是胶子分布现在与仅来自 c-和 b-夸克产生提取的分布更加一致。