[论文解读] Parton distributions and Tevatron jet data

S. Alekhin, J. Blümlein+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 11

一句话总结

本研究探讨了 Tevatron 胱流数据对全球部分子分布函数（PDF）拟合及强耦合常数 $\alpha_s(M_Z)$ 确定的影响。通过使用 NLO 和近似 NNLO QCD 计算，作者发现，包含 Tevatron 胱流数据（尤其是来自 D0 和 CDF 的数据）可略微改善 PDF 约束，但并未显著改变 $\alpha_s(M_Z)$，其值仍保持在 $\alpha_s(M_Z) \approx 0.1135$，不确定性约为 1.4%。结果表明，DIS 数据（尤其是来自 NMC 的数据）仍是约束胶子 PDF 和 $\alpha_s(M_Z)$ 的主要来源，而胱流数据在 Tevatron 和 LHC 的 Higgs 粒子截面预测中仅起次要作用。

ABSTRACT

We study the impact of Tevatron jet data on a global fit of parton distribution functions and on the determination of the value of the strong coupling constant. The consequences are illustrated for cross sections of Higgs boson production at Tevatron and the LHC.

研究动机与目标

• 评估 Tevatron 胱流数据是否在现有 DIS 和固定靶数据基础上，进一步改善全球 PDF 拟合并约束 $\alpha_s(M_Z)$。
• 评估 Tevatron 胱流数据在减小 Tevatron 和 LHC 处 Higgs 玻色子产生截面不确定性方面的作用。
• 研究包含胱流数据是否会导致胶子 PDF 或 $\alpha_s(M_Z)$ 发生显著变化，特别是在 $x \sim 0.1$ 处。
• 确定在胱流截面中缺失 NNLO 修正的理论不确定性是否会影响包含胱流数据的 PDF 拟合的可靠性。
• 比较不同 Tevatron 胱流数据集（D0 与 CDF，圆锥型与 $k_T$ 算法）与全球 PDF 拟合的一致性，并识别潜在的数据相关差异。

提出的方法

• 在 QCD 的 NLO 和近似 NNLO 框架下，基于 ABKM09 框架执行全球 PDF 拟合，整合了来自 D0 和 CDF 实验的 Tevatron 胱流数据。
• 使用 fastNLO 进行理论预测的胱流截面，其中双胶子喷注质量为 NLO 精度，单胶子喷注包含式产生为 NLO 精度，并通过阈值重求和方法引入近似 NNLO 修正以处理 $E_T$ 分布。
• 采用固定轻味数方案，DIS 使用 $n_f=3$，Drell-Yan 和胱流数据使用 $n_f=5$，并采用 NNLO QCD 赝变以保持一致性。
• 通过对比包含与不包含 Tevatron 胱流数据的拟合结果，评估 $\alpha_s(M_Z)$、PDF 不确定性以及 Higgs 产生截面的变化。
• 通过 $\chi^2$/NDP 评估拟合优度，并计算拉力（pulls）以评估数据与模型的一致性。
• 量化在 Tevatron（$\sqrt{s}=1.96$ TeV）和 LHC（$\sqrt{s}=7$ TeV）处 Higgs 截面预测中 PDF 和 $\alpha_s(M_Z)$ 的联合不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与仅基于 DIS 和固定靶数据的拟合相比，包含 Tevatron 胱流数据是否显著改善了部分子分布函数的全局拟合？
• RQ2 Tevatron 胱流数据在多大程度上约束了 $x \sim 0.1$ 处的胶子分布和 $\alpha_s(M_Z)$ 的取值？
• RQ3 不同喷注算法（圆锥型与 $k_T$）及数据集（D0 与 CDF）如何影响 PDF 拟合的一致性以及提取的 $\alpha_s(M_Z)$？
• RQ4 在胱流截面中缺失更高阶 QCD 修正（超过 NLO）对包含胱流数据的 PDF 拟合可靠性有何影响？
• RQ5 在包含与不包含 Tevatron 胱流数据的拟合之间，Tevatron 和 LHC 处 Higgs 玻色子产生截面的比较结果如何？

主要发现

• 包含 Tevatron 胱流数据后，$\alpha_s(M_Z)$ 的不确定性略有减小，不同数据集的取值范围在 $0.1134(9)$ 到 $0.1149(12)$ 之间，与 ABKM09 的 $0.1135(14)$ 值在近似 NNLO 下一致。
• D0 的单胶子喷注包含式数据在高 $E_T$ 处显示截面略有上移，该现象无法用 PDF 不确定性解释，提示可能存在数据理解或建模方面的问题。
• 使用圆锥喷注算法的 CDF 数据与 ABKM09 预测的符合度优于 $k_T$ 算法，表明不同喷注重建方法之间可能存在系统性差异。
• D0 双胶子喷注质量数据被 ABKM09 拟合良好描述，重新拟合后变化极小，表明其一致性高且对 PDF 变化不敏感。
• 在包含胱流数据后，胶子-胶子融合机制产生的 Higgs 粒子截面的联合不确定性增加了约 1–2 $\sigma$，但中心值仍接近原始 ABKM09 预测值。
• 本研究确认，对胶子 PDF 和 $\alpha_s(M_Z)$ 的主要约束来自 NMC DIS 数据，而非 Tevatron 胱流数据，且胱流数据在 PDF 拟合中仅起次要的辅助作用。