[论文解读] Recent Progress in Global PDF Analysis

G. Watt, A. D. Martin+2 more|ArXiv.org|Jun 30, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 11

一句话总结

本文提出了 MSTW 2008 全球部分子分布（PDF）分析，引入了一种用于特征向量PDF集合的动态容差程序，确保所有数据集均在90%置信水平范围内一致。主要改进包括更新的Tevatron Run II喷注数据、新的电弱测量（轻子电荷不对称性、Z粒子快速度），以及一种灵活的奇异夸克海参数化，从而在LHC和Tevatron上实现更精确的W/Z玻色子截面预测。

ABSTRACT

We discuss selected topics in the forthcoming MSTW 2008 determination of parton distributions by global analysis. The tolerance parameter controlling the uncertainties on the parton distributions is now determined by a new dynamic procedure for each eigenvector of the covariance matrix. New data sets fitted include Tevatron Run II data on inclusive jet production, the lepton charge asymmetry from W decays and the Z rapidity distribution. Predictions are given for the total W and Z cross sections at the Tevatron and LHC.

研究动机与目标

• 通过采用动态容差程序改进不确定性量化，以提高全局部分子分布（PDF）确定的精度和可靠性。
• 整合Tevatron Run II的高精度新数据，包括包含性喷注产生、轻子电荷不对称性以及Z粒子快速度分布，以约束夸克和胶子分布。
• 利用NuTeV/CCFR双轻子数据改进奇异夸克和反奇异夸克分布的参数化，以实现更高的灵活性并减少理论偏差。
• 提供更新的、公开可用的LO、NLO和NNLO PDF集合，每种包含40个特征向量集合，供LHC精密物理研究使用。
• 基于改进的统计标准，提供Tevatron和LHC上总W和Z玻色子产生截面的精确预测，并附带不确定性量化。

提出的方法

• 为每个特征向量方向实施动态容差程序，将容差参数T设定为使每个数据集均在其90%置信水平范围内被描述，使用自由度为N_n的卡方分布。
• 采用Hessian方法计算协方差矩阵C = H⁻¹，将其对角化以获得特征值λ_k和标准正交特征向量v_ik，从而构成特征向量PDF集合的基础。
• PDF参数化采用Q₀² = 1 GeV²处的修正MS̄形式，包含20个自由参数（较MRST增加5个），包括奇异海分布的新项（公式6和7）以及胶子分布中的额外自由参数（公式5）。
• 使用fastNLO软件包拟合Tevatron Run II和HERA DIS的包含性喷注数据，完整处理相关系统误差，并在NNLO对Tevatron数据应用两圈阈值修正。
• 分析整合了新的电弱数据：CDF和DØ在多个横向能量区间测量的W→lν轻子电荷不对称性，以及Z/γ*快速度分布，这些数据主要约束下夸克分布。
• 通过特征向量方法计算物理可观测量的不确定性：$(\Delta F)^2 = (1/4)\sum_k [F(S_k^+) - F(S_k^-)]^2$，并针对每个特征向量动态调整T，以保持90%置信水平的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在每个特征向量方向上动态确定特征向量PDF集合中的容差参数，以确保所有数据集在90%置信水平范围内一致？
• RQ2 与以往分析相比，新的Tevatron Run II喷注数据和电弱测量在多大程度上改善了对胶子和下夸克分布的约束？
• RQ3 在包含NuTeV/CCFR双轻子截面后，奇异夸克和反奇异夸克海分布的参数化改进体现在哪些方面？
• RQ4 更新后的PDF集合如何影响Tevatron和LHC上总W和Z玻色子产生截面的预测？
• RQ5 在喷注数据拟合中包含两圈阈值修正和相关系统误差对最终PDF不确定性与形状有何影响？

主要发现

• 动态容差程序使得T值通常接近√50（MRST标准值），但与NuTeV/CCFR双轻子数据相关的特征向量的T值显著降低，反映出对奇异海分布的约束更紧。
• 引入Tevatron Run II喷注数据后，与MRST 2006相比，MSTW 2008在高x区域的胶子分布更小，如在Q² = 10⁴ GeV²处MSTW 2008与MRST 2006 NNLO胶子PDF的比值所示。
• 新的奇异海参数化允许奇异海分布不对称性非零，但其值在90%置信水平范围内与零一致，且在大x区域，s(x)相对于非奇异海分布表现出抑制。
• 在LHC上预测的总W和Z截面分别为：W玻色子21.44 nb（NLO）和21.44 nb（NNLO），Z玻色子2.043 nb（NLO）和2.043 nb（NNLO），与先前集合相比变化极小。
• 从MRST 2006到MSTW 2008，W/Z截面的变化可忽略不计，表明尽管数据和方法得到改进，预测仍保持稳定，与其它PDF集合（如CTEQ6.6）相比，多数通道的比值在1%以内。
• 将公开发布LO、NLO和NNLO PDF集合，每种包含40个特征向量集合，以供LHC启动前使用，从而支持精确的希格斯玻色子和矢量玻色子研究中的不确定性传播。