[论文解读] Forward-Backward Drell-Yan Asymmetry and PDF Determination

H. Abdolmaleki, Elena Accomando+10 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本论文表明，大型强子对撞机（LHC）上正向-反向Drell-Yan不对称性（A_FB）测量可显著降低部分子分布函数（PDFs）的不确定性，尤其在低至中等x区域的价夸克方面。利用xFitter框架和NLO QCD修正，研究显示Run II、III及HL-LHC的A_FB数据可改善对电荷加权组合（2/3）u + (1/3)d的约束，积分亮度依赖的PDF不确定性降低最高可达3000 fb⁻¹。

ABSTRACT

We investigate the impact of high-statistics Drell-Yan (DY) measurements at the LHC on the study of non-perturbative QCD effects from parton distribution functions (PDF). We present the results of a PDF profiling analysis based on the neutral-current DY forward-backward asymmetry, using the open source fit platform xFitter.

研究动机与目标

• 评估电中性流Drell-Yan正向-反向不对称性（A_FB）测量在LHC上约束部分子分布函数（PDFs）的潜力。
• 量化Run II、III及HL-LHC高统计量A_FB数据对PDF确定中理论不确定性的降低程度。
• 评估A_FB相对于带电流轻子电荷不对称性在全局PDF拟合中的互补作用。
• 研究A_FB对特定PDF组合的敏感性，特别是低至中等x区域的（2/3）u + (1/3)d。
• 分析变化快度截断和积分亮度对PDF不确定性降低的影响。

提出的方法

• 本研究使用开源的xFitter PDF拟合平台，通过A_FB伪数据进行PDF拟合分析。
• 通过MadGraph5_aMC@NLO生成的网格，结合APPLgrid和aMCfast接口，引入NLO QCD修正。
• 从角系数推导出方位角积分微分截面，A_FB通过与cosθ成比例的A₄项定义。
• 基于[28]中的探测器接受度截断，生成A_FB的伪数据，模拟30、300和3000 fb⁻¹的亮度。
• 在Collins-Soper参考系中计算A_FB，利用双轻子系统的运动方向进行角度重建。
• 通过特征向量重参数化和CT14nnlo、NNPDF3.1nnlo、MMHT2014nnlo、ABMP16nnlo及HERAPDF2.0nnlo系列的拟合分布，量化PDF不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC的A_FB测量在多大程度上可降低价夸克PDF的不确定性？
• RQ2 A_FB对（2/3）u + (1/3)d组合的敏感性如何随亮度和快度截断变化？
• RQ3 与现有轻子电荷不对称性数据相比，A_FB对PDF不确定性的定量影响是什么？
• RQ4 不同PDF集合（如ABMP16nnlo、HERAPDF2.0nnlo）对A_FB约束的响应如何？
• RQ5 提高双轻子快度截断是否能增强对高x PDF的敏感性？HL-LHC的统计精度是否足以实现？

主要发现

• 在3000 fb⁻¹积分亮度下，A_FB数据可使低至中等x区域的（2/3）u + (1/3)d价夸克PDF组合不确定性降低高达50%。
• PDF不确定性降低最显著的是x < 0.1区域的u-价夸克和d-价夸克，尤其在ABMP16nnlo和HERAPDF2.0nnlo集合中。
• 特征向量重参数化证实了u和d价夸克PDF特征向量之间存在强相关性，A_FB通过其电荷加权和对其进行约束。
• 海夸克PDF表现出中等程度的不确定性降低，且随亮度增加而增强，但不如价夸克显著。
• 更高的快度截断可增强对高x PDF的敏感性，但需依赖高亮度HL-LHC才能实现足够的统计精度。
• 本研究证实，A_FB数据在全局PDF拟合中提供了互补且非冗余的约束，与现有带电流不对称性数据形成有效补充。