[论文解读] Different PDF approximations useful for LO Monte Carlo generators

A. Sherstnev, R. S. Thorne|ArXiv.org|Jul 14, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 10

一句话总结

本文提出LO** PDFs——一种改进的领先阶部分子分布函数，通过使用NLO αS、放松动量求和规则以及调整 αS 的演化尺度，提升LO蒙特卡洛生成器中与NLO修正的兼容性。LO** PDFs在横截面预测上比标准LO或NLO PDFs更接近完整NLO结果，尤其在LHC上W玻色子和希格斯玻色子产生过程中的归一化和形状方面表现更优。

ABSTRACT

The goal of this study is to find a prescription for defining parton distributions (PDFs) which are most appropriate for use in those codes where only LO matrix elements (MEs) are used, as in many Monte Carlo generators. We describe a modification of LO PDFs, based on using alpha_S at NLO, a specific prescription of the coupling in the QCD evolution, and violation of the momentum sum rule. We compare results with the truth - the prediction using NLO for both MEs and PDFs, and the standard LO prediction, finding that the modified PDFs generally produce the best results.

研究动机与目标

• 解决蒙特卡洛模拟中LO矩阵元与LO PDF之间不匹配的问题，该问题导致横截面预测的归一化和形状表现不佳。
• 通过修改LO PDF以更逼近NLO行为，从而在不使用NLO矩阵元的情况下提升LO蒙特卡洛结果。
• 解决标准LO PDF在中等x区域的PDF耗竭问题，该问题会降低对HERA数据的拟合质量，并影响W玻色子和希格斯玻色子产生预测。
• 开发一种PDF集合，以补偿矩阵元中缺失的高阶修正，同时保持与蒙特卡洛代码中分列算法的一致性。
• 为LO生成器提供一种实用且计算高效的替代方案，替代完整NLO计算，从而提升高能物理模拟的精度。

提出的方法

• 通过使用NLO的 αS(MZ²) = 0.115 而非标准LO的约0.130，修改标准LO PDF，降低耦合强度，提升与高阶修正的一致性。
• 通过允许部分子总动量分数超过100%（最高达113%），放松动量求和规则，以补偿标准LO PDF在中等x区域对部分子的低估。
• 在分裂函数 Pqq 中引入修改后的演化尺度，将 Q² 替换为 z(1−z)Q²，以增强小x区域的对数项，改善小x区域的胶子行为。
• 在 z→1 时将 αS 冻结在 0.5，以稳定高x区域的耦合常数，更好地匹配NLO修正中观察到的对数增强效应。
• 以MRST LO PDF集合为基础，整合上述三项修改，构建适用于LO蒙特卡洛生成器的一致且改进的PDF集合。
• 通过比较使用LO矩阵元与完整NLO结果及标准LO/NLO PDF的W玻色子和希格斯玻色子产生横截面，验证新PDF的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过使用修改后的LO PDF而非标准LO或NLO PDF，LO蒙特卡洛生成器能否实现更精确的横截面预测？
• RQ2 在LO PDF拟合中使用NLO αS对全局拟合质量及横截面归一化有何影响？
• RQ3 放松动量求和规则在多大程度上改善了LO PDF与NLO结果的一致性，特别是在中等x区域？
• RQ4 将 αS 的演化尺度修改为 z(1−z)Q² 是否能改善LO PDF在小x和高x区域的行为，相较于标准LO和LO* PDF？
• RQ5 LO** PDF在关键LHC过程中的归一化和形状方面，能否比LO*、LO或NLO PDF更接近完整NLO结果？

主要发现

• LO** PDF将全局 χ² 从标准LO的3066/2235降低至2640/2235，表明拟合质量显著提升。
• LO** PDF采用 αS(MZ²) = 0.115，比标准LO PDF更接近NLO值，提升了与高阶修正的一致性。
• 对于W玻色子产生，LO** PDF给出的横截面为20.2 nb，更接近完整NLO真实值（21.1 nb），优于LO（17.5 nb）和NLO（18.6 nb）。
• 对于希格斯玻色子产生，LO** PDF给出35.2 pb，最接近完整NLO真实值（38.0 pb），优于LO（22.4 pb）和NLO（20.3 pb）。
• LO** PDF改善了W玻色子伪快度和横动量分布的归一化，减少了标准LO PDF中观察到的低估现象。
• LO** PDF在各类分布中保持了良好的形状一致性，尤其在归一化和小x行为方面优于LO和NLO PDF。