[论文解读] fastNLO tables for NNLO top-quark pair differential distributions

M. Czakon, David Heymes+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用 39

一句话总结

本论文首次公开发布了在8 TeV LHC能量下、具有NNLO QCD精度的top夸克对微分分布fastNLO表格，实现了使用任意部分子密度函数（PDF）集合和强耦合常数$α_s$对这些分布进行快速且精确的计算。表格的数值精度与直接的NNLO计算相当，插值误差低于千分之一，并通过LHAPDF接口分发，适用于PDF拟合与高精度理论物理研究。

ABSTRACT

We release fastNLO tables with NNLO QCD top-quark pair differential distributions corresponding to 8 TeV ATLAS [Eur. Phys. J. C 76 538 (2016)] and CMS [Eur. Phys. J. C 75 542 (2015)] measurements. This is the first time fastNLO tables with NNLO QCD accuracy have been made publicly available. The tables are indispensable in pdf fits and allow, for the first time, very fast calculation of differential distributions with any pdf set and for different values of $α_s$. The numerical accuracy of the resulting differential distributions is high and comparable to the accuracy of all publicly available NNLO top-quark differential calculations. We intend to keep producing tables corresponding to existing and future LHC measurements at various collider energies.

研究动机与目标

• 为LHC提供一个公开可访问、高精度的工具，用于计算NNLO QCD下的top夸克对微分分布。
• 克服为不同PDF集合、$α_s$值或尺度选择重复完整NNLO计算带来的计算瓶颈。
• 通过以灵活、可重用的格式存储插值后的部分子截面，实现快速且精确的PDF拟合与全局分析。
• 建立一个可扩展的框架，用于未来在8 TeV和13 TeV LHC测量中生产fastNLO表格。

提出的方法

• 作者将fastNLO库与自研的蒙特卡罗生成器接口化，该生成器实现了用于NNLO计算的Stripper方法。
• 他们针对四种微分分布（$m_{t\bar{t}}$、$p_{\mathrm{T,avt}}$、$y_{\mathrm{avt}}$ 和 $y_{t\bar{t}}$）生成了插值表格，使用了ATLAS和CMS在8 TeV测量中的分箱方式。
• 表格以PDF和$α_s$无关的插值格式存储部分子截面，可通过LHAPDF接口与任意PDF集合快速卷积。
• 计算在剑桥大学的Darwin集群上完成，每种分布的完整表格存储空间小于100 MB。
• 表格结构设计允许在不重新运行完整NNLO模拟的前提下，高效地用于全局PDF拟合与高精度研究。
• 通过将表格结果与三种PDF集合（NNPDF30、CT14、MMHT14）的独立直接NNLO计算进行比较，完成了验证，结果表明数值高度一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否为top夸克对微分分布生产并公开发布具有NNLO QCD精度的fastNLO表格？
• RQ2 插值后的fastNLO表格在多大程度上再现了直接NNLO计算的数值精度？
• RQ3 这些表格能否实现使用任意PDF集合和$α_s$值对微分分布进行快速且精确的重新计算？
• RQ4 fastNLO表格的插值误差是多少？与原始计算的蒙特卡罗误差相比如何？
• RQ5 fastNLO方法能否扩展到8 TeV和13 TeV的其他LHC测量，实现类似的精度与效率？

主要发现

• 这是首次公开发布的、具有该精度水平的NNLO top夸克对微分分布fastNLO表格。
• 所有分箱和四种分布的插值误差均低于千分之一，且几乎与所用PDF集合无关。
• 对于所有三种测试的PDF集合（NNPDF30、CT14、MMHT14），表格结果与直接NNLO计算的相对差异在任意分箱中均小于0.6%，通常约为该值的一半。
• 表格结果的数值精度与原始直接NNLO计算相当，差异主要由蒙特卡罗统计误差主导。
• 表格计算效率高，每种分布所需存储空间小于100 MB，可通过LHAPDF接口与任意PDF集合和$α_s$值配合使用。
• 作者确认，这些表格适用于全局PDF拟合与高精度理论物理研究，与直接计算相比精度损失可忽略。