[论文解读] Constraining PDFs from neutral current Drell-Yan measurements and effects of resummation in slepton pair production

Juri Fiaschi, Elena Accomando+3 more|arXiv (Cornell University)|May 2, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出在LHC Run-II期间利用中性流Drell-Yan过程中的正向-反向不对称性（AFB）作为精确可观测量，以约束部分子分布函数（PDFs），并表明其统计不确定度将很快超过PDF不确定度。此外，本文引入了使用阈值重求和PDF的slepton对产生过程的一致性NLO+NLL计算，展示了PDF与矩阵元中重求和效应的部分抵消，从而实现结合PDF与尺度不确定度的可靠截面预测。

ABSTRACT

The high statistics that will be collected during the LHC Run-II (and beyond) open the path to precision measurements at the TeV scale, where the PDFs will play a crucial role in BSM searches. In the di-lepton final state accurate measurements of the Forward-Backward Asymmetry (AFB) will be available, particularly in the invariant mass region around the Z peak. We show that this observable displays a statistical error which is competitive with that assigned to the existing PDF sets and which will rapidly become smaller than the latter as the integrated luminosity grows, thereby offering a means of constraining the (anti)quark PDFs over a sizeable $(x,Q^2)$ range. In the context of SUSY searches we consider the effects of employing threshold-improved PDFs in a consistent calculation at NLO+NLL of slepton pair production cross sections. The calculations featuring a consistent resummation procedure both at PDF and partonic matrix element level are accompanied by PDF and scale uncertainties, and they provide a reliable and updated theoretical estimation for experimental data analyses at the LHC Run-II.

研究动机与目标

• 评估Drell-Yan正向-反向不对称性（AFB）作为高x区域（反）夸克PDF约束的精确可观测量的潜力。
• 研究阈值重求和PDF对NLO+NLL精度下slepton对产生截面的影响。
• 通过在slepton产生过程的PDF拟合与部分子矩阵元中匹配重求和阶数，确保理论一致性。
• 利用K因子形式化方法量化NLO+NLL预测中slepton对产生截面的联合PDF与尺度不确定度。

提出的方法

• 将Z玻色子峰区域双轻子末态中的AFB测量结果纳入全局PDF拟合，以约束夸克与反夸克分布。
• 对双轻子系统施加快速度截断，以增强对高x价夸克与低x海反夸克的敏感性。
• 采用在NLO与NLO+NLL下拟合的阈值重求和PDF集合（NNPDF30_nll_disdytop），以确保与部分子截面计算的一致性。
• 将K因子定义为NLO+NLL与NLO截面之比，以估算修正并一致地传播PDF不确定度。
• 通过平方和组合PDF与尺度不确定度，形成slepton产生截面的稳健理论误差带。
• 比较完整K因子及其PDF依赖分量，以分离PDF中重求和效应的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 与现有全局拟合相比，中性流Drell-Yan过程中的正向-反向不对称性（AFB）能否提供具有竞争力的PDF约束？
• RQ2 随着亮度增加，AFB测量的统计精度如何演变？其不确定度将在何时超越PDF不确定度？
• RQ3 在slepton对产生截面中，PDF与部分子矩阵元中的阈值重求和效应在多大程度上相互补偿？
• RQ4 使用NLO+NLL PDF对LHC上slepton对产生截面的理论预测有何影响？
• RQ5 如何构建一致的K因子形式化方法，以将NLO+NLL截面与NLO+NLL PDF结合，同时保持不确定度估计的可靠性？

主要发现

• 在高亮度下，Z峰区域AFB可观测量的统计不确定度将小于现有PDF不确定度，使其成为未来PDF全局拟合的可行约束。
• 在√s = 13 TeV下，积分亮度为300 fb⁻¹时，AFB测量在高快速度截断下能清晰区分CT14NNLO与NNPDF3.1 PDF集合的预测。
• AFB对u-夸克与d-夸克PDF相对大小高度敏感，尤其在高x区域，可有效区分不同PDF参数化形式。
• slepton对产生过程的K因子显示，PDF中的重求和效应与部分子矩阵元中的重求和效应存在部分抵消，从而减小了净修正量。
• 对于第一代与第三代slepton对产生，K因子在不同混合情形下保持相对稳定，表明其对弱耦合结构的依赖性较弱。
• 通过K因子形式化方法，联合理论不确定度（包括PDF与尺度变化）得到良好估计，使LHC Run-II实验分析的预测结果更加可靠。