[论文解读] Top production at the LHC: The impact of PDF uncertainties
 and correlations

Alberto Guffanti, Juan Rojo|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了部分子分布函数（PDF）不确定性及其相关性对大型强子对撞机（LHC）上顶夸克对（t¯t）和单顶夸克产生过程的影响。通过使用多种PDF集合（包括NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008、ABKM09和HERAPDF1.0）的NLO QCD计算，研究表明PDF不确定性在顶夸克产生中占主导地位的理论不确定性，尤其在单顶夸克产生中，底夸克质量是主要的不确定性来源。关键发现是，t¯t与电弱矢量玻色子（W±, Z⁰）截面之间存在强烈的负相关性，表明精确测量矢量玻色子产生可以用于减少早期LHC阶段顶夸克截面测量中的PDF不确定性。

ABSTRACT

In this contribution we discuss the impact of PDF uncertainties on t¯t and t-channel single-top production at the LHC. We present predictions for total cross-sections computed at NLO accuracy with different PDF sets. For singletop production, we point out that the uncertainty arising from the choice of the bottom quark mass is one of the dominant theoretical uncertainties on the total
 cross-section. Finally, the possibility of using PDF-induced correlations between top quark and electroweak vector boson production cross-sections to improve the
 accuracy of LHC measurements is investigated.

研究动机与目标

• . 评估PDF不确定性对LHC上t¯t和单顶夸克产生截面的影响。
• . 识别单顶夸克产生中占主导地位的理论不确定性，特别是底夸克质量的作用。
• . 探究由于共享PDF不确定性而引起的顶夸克与电弱矢量玻色子产生截面之间的相关性。
• . 评估利用矢量玻色子截面来减少早期LHC数据中顶夸克截面测量PDF不确定性的潜力。

提出的方法

• . 使用MCFM程序进行√s = 7 TeV下的t¯t和单顶夸克截面的NLO QCD计算。
• . 对比多种全局和简化PDF集合（NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008、ABKM09、HERAPDF1.0）的预测结果。
• . 通过系统性地改变输入参数，量化αs、mb和PDF亮度对不确定性的贡献。
• . 应用NNPDF方法并结合蒙特卡罗技术，估算PDF不确定性，并计算部分子密度与截面之间的相关性。
• . 使用NNPDF2.0全局拟合计算t¯t/单顶夸克与W±/Z⁰截面之间的相关系数。
• . 通过相关性椭圆图示化相关性，并量化顶夸克与矢量玻色子产生之间负相关性的强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 . PDF不确定性如何影响LHC上t¯t和单顶夸克产生截面的预测？
• RQ2 . 底夸克质量在单顶夸克产生理论不确定性中的相对贡献是什么？
• RQ3 . 由于共享PDF不确定性，顶夸克与电弱矢量玻色子产生截面之间是否存在显著相关性？
• RQ4 . 能否通过精确测量矢量玻色子产生来约束顶夸克截面测量中的PDF不确定性？

主要发现

• . 不同PDF集合（NNPDF2.0、CTEQ6.6、MSTW2008）的t¯t截面中心预测值在1σ不确定度范围内一致，而使用数据量较少的集合（ABKM09、HERAPDF1.0）则显示出更大的偏差。
• . 在7 TeV下，使用NNPDF2.0预测的t¯t截面为160.0 ± 5.9 pb，使用MSTW2008为159.0 ± 4.7 pb，使用CTEQ6.6为147.7 ± 6.4 pb。
• . 对于单顶夸克产生，底夸克质量的选择是主导的理论不确定性来源，即使在固定αs的情况下，不同PDF集合的预测值仍存在显著差异。
• . 在7 TeV下，t通道单顶夸克截面预测值为43.9 pb，其不确定性主要由PDF变化引起。
• . 发现t¯t截面与W±/Z⁰截面之间存在强烈的负相关性（ρ ≈ -0.7），表明精确的矢量玻色子测量可减少顶夸克截面中与PDF相关的不确定性。
• . t通道单顶夸克与矢量玻色子截面之间的相关性较弱（ρ ≈ 0.1–0.3），限制了通过矢量玻色子测量校准单顶夸克截面的实用性。