[论文解读] MRST partons and uncertainties

A. D. Martin, Richard G. Roberts+2 more|ArXiv.org|Jul 21, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 19

一句话总结

本论文在NLO和NNLO下提出了保守的MRST部分子分布集（MRST03(cons)），这些分布集源自全局拟合，采用稳定的数据截断条件（$x_{\text{cut}} > 0.005$，$Q^2_{\text{cut}} > 10~\text{GeV}^2$，$W^2_{\text{cut}} > 15~\text{GeV}^2$），以最小化对输入选择的敏感性。保守集在$\alpha_S(M_Z^2)$和$W$-玻色子产生截面的预测中表现出稳定性，NNLO结果显示出更好的收敛性与更小的不确定性，尤其在Tevatron上，保守的NNLO预测为$2.67~\text{nb}$，总不确定性约为2%。

ABSTRACT

We discuss uncertainties in the extraction of parton distributions from global analyses of DIS and related data. We present conservative sets of partons, at both NLO and NNLO, which are stable to x,Q^2,W^2 cuts on the data. We give the corresponding values of alpha(M_Z^2) and the cross sections for W production at the Tevatron.

研究动机与目标

• 通过识别在不同$x$、$Q^2$和$W^2$阈值下均能产生稳定结果的数据截断选择，减少全局部分子分布拟合中的不确定性。
• 开发对数据选择标准（特别是$x_{\text{cut}}$、$Q^2_{\text{cut}}$和$W^2_{\text{cut}}$）变化具有鲁棒性的保守部分子集（MRST03(cons)）。
• 评估在NLO和NNLO下$\alpha_S(M_Z^2)$和$W$-玻色子产生截面预测的稳定性和收敛性，使用保守拟合结果。
• 通过最小化数据截断和截断效应带来的理论与拟合不确定性，为$\alpha_S(M_Z^2)$和$W$-玻色子截面提供可靠的基准。

提出的方法

• 定义稳定性度量$\Delta_i^{i+1}$为相邻$x_{\text{cut}}$值下$\chi^2$贡献的归一化差异，以量化对数据截断变化的敏感性。
• 系统性地改变$x_{\text{cut}}$、$Q^2_{\text{cut}}$和$W^2_{\text{cut}}$，以识别部分子分布对进一步提高截断值不再敏感的稳定区域。
• 使用相同的数据集但采用不同的数据截断组合，进行全局NLO和NNLO拟合，并比较所得部分子分布的一致性。
• 通过改变$\Delta\chi^2$容差，从拟合中提取$\alpha_S(M_Z^2)$值，以评估理论和模型不确定性。
• 使用默认和保守部分子集计算Tevatron（$\sqrt{s} = 1.96~\text{TeV}$）上的$W$-玻色子产生截面，以评估在不同微扰阶次下的稳定性。
• 通过将保守部分子集的预测与默认集进行比较，验证其对数据截断变化的敏感性降低，尤其在NNLO下表现更优。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种$x_{\text{cut}}$选择下，可确保在不同$\chi^2$值下全局部分子分布拟合的稳定性？
• RQ2 对$Q^2_{\text{cut}}$和$W^2_{\text{cut}}$的变动如何影响提取的部分子分布的稳定性和可靠性？
• RQ3 与NLO相比，NNLO修正在多大程度上改善了$\alpha_S(M_Z^2)$和$W$-玻色子截面预测的稳定性和收敛性？
• RQ4 与默认拟合相比，保守部分子集（MRST03(cons)）在多大程度上减少了$\alpha_S(M_Z^2)$和$W$-玻色子产生截面的不确定性？
• RQ5 保守部分子集能否作为Tevatron亮度监测的稳健基准？

主要发现

• 保守部分子集MRST03(cons)由$x_{\text{cut}} > 0.005$，$Q^2_{\text{cut}} > 10~\text{GeV}^2$，和$W^2_{\text{cut}} > 15~\text{GeV}^2$定义，进一步提高截断值不会显著改变拟合质量。
• 稳定性度量$\Delta_i^{i+1}$表明，将$x_{\text{cut}}$从0.005提高到0.01不会带来进一步改善，确认$x_{\text{cut}} \approx 0.005$为安全选择。
• 在NLO下，保守部分子集给出$\alpha_S(M_Z^2) = 0.1165 \pm 0.002 \pm 0.003$，$\chi^2$容差为$\Delta\chi^2 = 5$。
• 在NNLO下，保守部分子集给出$\alpha_S(M_Z^2) = 0.1153 \pm 0.002 \pm 0.003$，显示出更好的收敛性并降低了对数据截断的敏感性。
• 在Tevatron上，NNLO保守预测的$W$-玻色子产生截面为$2.67~\text{nb}$，总不确定性约为2%，相较于默认NNLO预测下降了0.7%。
• 与NLO默认集相比，NNLO保守部分子集在$x_{\text{cut}}$变化下表现出更高的稳定性，表明更高微扰阶次下收敛性得到改善。