[论文解读] The effects of combined HERA and recent Tevatron W - > lepton neutrino charge asymmetry data on the MSTW PDFs

R. S. Thorne, A. D. Martin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用 15

一句话总结

本文研究了结合 HERA 中性流结构函数数据与近期 Tevatron W→ℓν 电荷不对称性测量对 MSTW 全局部分子分布拟合的影响。结果表明，结合的 HERA 数据使 Tevatron 和 LHC 上 Z 玻色子与 Higgs 玻色子产生截面预测产生 2–3% 的变化，而 Tevatron 不对称性数据揭示了需要显著的氘核修正才能调和的张力，尤其在 DØ 电子与μ子数据中更为明显。研究结论认为当前部分子分布函数仍有效，但强调需改进对氘核数据中核效应的处理。

ABSTRACT

We examine the effect of including the `combined' HERA structure function data in the MSTW global fit for parton distribution functions (PDFs). The combined neutral-current HERA data have a significant, if not dramatic, effect, of up to 2--3% at NLO for Z boson and Higgs production at the Tevatron and LHC, and a generally slightly smaller effect, particularly on LHC processes, at NNLO. This is an amount comparable, or less than, the typical PDF uncertainties, and hence we do not intend to release an imminent update to the MSTW 2008 fit. We also investigate the consistency with the recent D0 data on electron and muon charge asymmetry from W decays and the direct CDF measurement of the W charge asymmetry. The D0 lepton charge asymmetry data imply a fairly large change to the down-quark distribution and/or large nuclear corrections to be applied when fitting to deuterium structure function data, while the CDF W charge asymmetry data are more consistent with the existing PDFs. However, it is difficult to reconcile all of the Tevatron W -> lepton neutrino charge asymmetry data sets with the fit, and to some extent, with each other.

研究动机与目标

• 评估结合 HERA 中性流结构函数数据对 MSTW 2008 全局部分子分布函数拟合的影响。
• 评估近期 DØ 与 CDF W→ℓν 轻子电荷不对称性数据与现有 MSTW 部分子分布函数的一致性。
• 研究氘核结构函数数据中的核修正是否能解决 Tevatron 不对称性测量与理论预测之间的差异。
• 确定新数据是否需要对 MSTW 2008 部分子分布函数集进行更新。

提出的方法

• 对 MSTW 2008 部分子分布函数进行全局拟合，使用结合的 HERA 中性流数据，系统误差按平方和处理。
• 仅包含 HERA 结构函数数据以隔离其影响，与完整的 MSTW 2008 全局拟合结果进行比较。
• 将 Tevatron W→ℓν 电荷不对称性数据（来自 DØ（电子与μ子）和 CDF）纳入全局拟合，通过 χ² 比较评估一致性。
• 将氘核核修正作为拟合中的自由参数引入，采用具有四个可调参数的平滑 Q² 无关函数。
• 通过比较部分子分布函数的变化以及 Tevatron 和 LHC 上 Z 玻色子与 Higgs 玻色子产生截面预测的变化，量化对部分子分布函数的影响。
• 评估不同数据集（DØ e⁻、DØ μ⁻、CDF W）的一致性及其与全局拟合的兼容性，尤其在不同氘核修正假设下。

实验结果

研究问题

• RQ1 结合的 HERA 中性流结构函数数据如何影响 MSTW 2008 部分子分布函数及其对对撞机过程的预测？
• RQ2 近期 DØ 与 CDF W→ℓν 轻子电荷不对称性数据与现有 MSTW 2008 部分子分布函数的一致程度如何？
• RQ3 改进的氘核核修正能否调和 Tevatron 不对称性数据与理论部分子分布预测之间的张力？
• RQ4 DØ 电子、DØ μ子与 CDF W 电荷不对称性数据之间的差异是否与当前理论不确定度一致，还是需要新物理或新修正？
• RQ5 包含新数据是否意味着必须立即对 MSTW 2008 部分子分布函数集进行更新？

主要发现

• 结合 HERA 数据使 Tevatron 和 LHC 上 Z 玻色子与 Higgs 玻色子产生截面预测产生 2–3% 的变化，NNLO 下效应略小。
• 在 NNLO 下，HERA 数据的拟合质量优于 NLO（575/553 对比 600/553），且 αS(MZ²) 从 0.1171 上升至 0.1181。
• DØ 轻子电荷不对称性数据需要显著的氘核核修正才能获得良好拟合，尤其对 μ 子数据，导致在 x ≈ 0.4 处下夸克分布增加约 10%。
• CDF W 电荷不对称性数据与现有 MSTW 2008 部分子分布函数更一致，χ² ≈ 28/13，而 DØ 数据显示出更大的张力。
• 若不引入极不可能的氘核修正，无法同时对 DØ 电子与 μ 子数据实现良好拟合，表明两组数据之间存在根本性不一致。
• 研究结论认为，尽管新数据未使 MSTW 2008 部分子分布函数失效，但凸显了在最终更新部分子分布函数前，需进一步研究氘核数据中的核效应。