[论文解读] PDFs, $\alpha_s$, and quark masses from global fits

S. Alekhin, Johannes Bluemlein+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 1

一句话总结

本论文基于来自HERA、Tevatron、LHC和固定靶实验的更新数据，对部分子分布函数（PDFs）、强耦合常数αs以及重夸克质量（mc, mb, mt）进行了全局拟合。采用包含完整NNLO QCD修正的固定味数数方案（FFN），确定了αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008，mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV，以及mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV，实现了更高的微扰稳定性，并在所有Q²区域与HERA数据具有更好的一致性。

ABSTRACT

The strong coupling constant $\alpha_s$ and the heavy-quark masses, $m_c$, $m_b$, $m_t$ are extracted simultaneosly with the parton distribution functions (PDFs) in the updated ABM12 fit including recent data from CERN-SPS, HERA, Tevatron, and the LHC. The values of \begin{eqnarray} onumber \alpha_s(M_Z)&=&0.1147\pm0.0008~({ m exp.)},\\ onumber m_c(m_c)&=&1.252\pm 0.018~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_b(m_b)&=&3.83\pm0.12~({ m exp.})~{ m GeV},\\ onumber m_t(m_t)&=&160.9\pm1.1~({ m exp.})~{ m GeV} \end{eqnarray} are obtained with the $\overline{MS}$ heavy-quark mass definition being employed throughout the analysis.

研究动机与目标

• 在全局拟合中同时提取强耦合常数αs和重夸克质量（mc, mb, mt）与部分子分布函数（PDFs）。
• 通过整合来自CERN-SPS、HERA、Tevatron和LHC的最新深度非弹性散射（DIS）和Drell-Yan数据，提高αs和夸克质量的精度。
• 评估更新的HERA Run I+II inclusive DIS数据和半inclusive重夸克产生数据对αs和夸克质量确定的影响。
• 评估在包含完整NNLO修正的固定味数数（FFN）方案中，MS方案重夸克质量的微扰稳定性和一致性。
• 比较FFN方案与变味数数（VFN）方案在拟合顶夸克产生和重夸克DIS数据方面的表现。

提出的方法

• 采用ABM12框架进行全局拟合，整合了来自HERA、Tevatron和LHC的DIS、Drell-Yan、单顶夸克及t¯t产生数据。
• 使用固定味数数（FFN）因子化方案，并对无质量与有质量贡献均施加完整的NNLO QCD修正。
• NNLO有质量威尔逊系数通过高能渐近行为推导，并与现有的NNLO有质量算符矩阵元（OMEs）匹配，包括改进的纯单态项。
• 在整个过程中采用MS方案处理重夸克质量，以相比极质量获得更好的微扰稳定性。
• 使用Hathor程序计算t¯t和t通道单顶夸克产生的NNLO截面，s通道结果则采用阈值重求和近似。
• 在纵向结构函数FL中包含高阶扭曲（HT）效应并进行拟合，其精度因Run I+II HERA数据组合的改进而提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 Run I+II HERA inclusive DIS数据组合的引入如何影响αs(MZ)的确定？
• RQ2 半inclusive重夸克DIS数据对MS方案中mc和mb质量提取有何影响？
• RQ3 在拟合顶夸克产生数据时，包含完整NNLO修正的FFN方案与VFN方案相比表现如何？
• RQ4 高阶扭曲贡献在多大程度上影响αs和纵向结构函数FL的确定？
• RQ5 从t¯t和单顶夸克产生截面中提取的MS方案顶夸克质量mt(mt)的精度与一致性如何？

主要发现

• 更新的全局拟合得到αs(MZ) = 0.1147 ± 0.0008（实验误差），相比先前的ABM12结果在1σ范围内上移，这是由于引入了Run I+II HERA数据所致。
• 粲夸克质量确定为mc(mc) = 1.252 ± 0.018 GeV，与其他使用多样化数据集的NNLO确定结果一致。
• 底夸克质量为mb(mb) = 3.83 ± 0.12 GeV，与现有世界平均值及其他NNLO拟合结果一致。
• 顶夸克质量从t¯t和单顶夸克产生数据中提取为mt(mt) = 160.9 ± 1.1 GeV，与其他确定结果广泛一致。
• 在包含MS方案质量的FFN方案中，与HERA数据在整个Q²范围内的符合度优于VFN方案，尤其在重夸克产生区域表现更优。
• 在纵向结构函数FL中包含高阶扭曲项被发现非零，且与Run I+II HERA数据精度提升一致，对αs的影响在不确定度范围内可忽略。