[论文解读] Combining QED and Approximate N${}^3$LO QCD Corrections in a Global PDF Fit: MSHT20qed_an3lo PDFs

Thomas Cridge, L. A. Harland-Lang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 2

一句话总结

该论文提出了 MSHT20qed an3lo PDF 集合，这是首个在单一全局分析中同时结合 QED 修正和近似 N3LO QCD 修正的全球部分子分布拟合。结果表明，QED 效应在 LHC 精度下相对微弱但必不可少，且 QED 与 aN3LO QCD 修正对 PDF 的影响近似可分离，仅在 aN3LO 时拟合质量略有下降。

ABSTRACT

We present the MSHT20qed_an3lo parton distribution functions (PDFs). These result from the first global PDF analysis to combine QED and approximate N${}^3$LO (aN${}^3$LO) QCD corrections in the theoretical calculation of the PDF evolution and cross sections entering the fit. We examine the PDF impact, and find that the effect of QED is relatively mild in comparison to the aN${}^3$LO corrections, although it should still be accounted for at the level of precision now required. These QED corrections are in addition found to roughly factorise from the QCD corrections; that is, their relative impact on the PDFs is roughly the same at NNLO and aN${}^3$LO. The fit quality exhibits a very small deterioration at aN${}^3$LO upon the inclusion of QED corrections, which is rather smaller than the deterioration observed at NNLO in QCD. The impact on several cross sections at N${}^3$LO is also examined, including the Higgs cross section via gluon fusion at N${}^3$LO. Finally, a LO in QCD fit that includes QED corrections is also presented: the MSHT20qed_lo set.

研究动机与目标

• 首次开发一种同时包含 QED 修正和近似 N3LO QCD 修正的全局 PDF 拟合。
• 评估在高微扰阶下 QED 修正对 PDF 和截面的影响。
• 评估 QED 与 aN3LO QCD 修正在对 PDF 的相对影响上是否可分离。
• 为蒙特卡洛事件生成提供一个包含 QED 修正的新的 LO QCD 拟合。

提出的方法

• 在 DGLAP 走化方程中使用至 O(α, αSα, α², αS², αS³, αS⁴) 的分裂函数，结合 QED 与 aN3LO QCD 修正。
• 采用 MSHT20an3lo 框架处理 aN3LO QCD 修正，并对未知的 N3LO 项进行近似。
• 通过区分上夸克与下夸克并引入胶子 PDF 的独立分裂函数，纳入 QED 修正。
• 对 LHC 和 HERA 数据进行全局拟合，包括 DIS、Drell-Yan、W/Z 及 Higgs 粒子产生截面。
• 使用 7 点尺度变化和 Hessian 误差传播方法估计尺度与 PDF 不确定性。
• 另提供一个单独的 MSHT20qed lo 集合，包含 LO QCD 与 QED 修正，以适配事件生成器。

实验结果

研究问题

• RQ1 当与近似 N3LO QCD 修正结合时，QED 修正如何影响全局 PDF 的确定？
• RQ2 QED 与 aN3LO QCD 修正在对 PDF 的影响上，其可分离性在多大程度上成立？
• RQ3 同时包含 QED 与 aN3LO QCD 修正时，对通过胶子融合产生 Higgs 粒子的截面有何影响？
• RQ4 与 NNLO 相比，当在 aN3LO 阶加入 QED 修正时，拟合质量如何变化？
• RQ5 在 N3LO 阶下，QED 修正对 VH 与 Drell-Yan 截面的物理影响是什么？

主要发现

• 在 aN3LO 阶加入 QED 修正导致拟合质量的劣化极小，劣化程度小于在 NNLO 阶加入 QED 时的劣化。
• 发现 QED 修正与 aN3LO QCD 修正近似可分离，且在 NNLO 与 aN3LO 阶下对 PDF 的相对影响相似。
• 与仅使用 NNLO QCD 相比，当同时包含 QED 与 aN3LO 修正时，14 TeV 下通过胶子融合产生 Higgs 粒子的截面减少约 3.0 pb。
• 对于 Drell-Yan 与 VH 过程，QED 修正降低截面，而 aN3LO QCD 修正提高截面，导致部分抵消，从而改善了微扰稳定性。
• MSHT20qed an3lo PDF 集合在截面预测中表现出比使用 NNLO PDF 与 N3LO 预测相比更好的微扰稳定性。
• MSHT20qed lo 集合作为一致的 LO 拟合提供，包含一个胶子 PDF，适用于蒙特卡洛事件生成器。