[论文解读] Unbiased global determination of parton distributions and their uncertainties at NNLO and at LO

Richard D. Ball, Valerio Bertone+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 47被引用 28

一句话总结

本论文采用NNPDF方法，基于重夸克质量的FONLL方案，实现了在Leading-Order (LO)和Next-to-Next-to-Leading-Order (NNLO)下的核子部分子分布函数（PDFs）的全局确定。结果表明，NNLO修正下PDF具有稳定性，微扰展开收敛性得到改善，动量和规则的满足精度不断提高，同时在LHC现象学及不同αs、mc和mb取值下的PDF不确定性方面展现出显著影响。

ABSTRACT

We present a determination of the parton distributions of the nucleon from a global set of hard scattering data using the NNPDF methodology at LO and NNLO in perturbative QCD, thereby generalizing to these orders the NNPDF2.1 NLO parton set. Heavy quark masses are included using the so-called FONLL method, which is benchmarked here at NNLO. We demonstrate the stability of PDFs upon inclusion of NNLO corrections, and we investigate the convergence of the perturbative expansion by comparing LO, NLO and NNLO results. We show that the momentum sum rule can be tested with increasing accuracy at LO, NLO and NNLO. We discuss the impact of NNLO corrections on collider phenomenology, specifically by comparing to recent LHC data. We present PDF determinations using a range of values of αs, mc and mb. We also present PDF determinations based on various subsets of the global dataset, show that they generally lead to less accurate phenomenology, and discuss the possibility of future PDF determinations based on collider data only. © 2011 Elsevier B.V.

研究动机与目标

• 将NNPDF2.1的NLO PDF集合扩展至微扰QCD中的LO和NNLO，以提升精度。
• 研究在引入NNLO修正时PDF的稳定性和收敛性。
• 利用近期LHC数据评估NNLO修正对强子对撞机现象学的影响。
• 评估PDF对αs、mc和mb变化的敏感性。
• 通过分析子集数据集，探索未来仅基于对撞机数据进行PDF确定的可行性。

提出的方法

• 采用NNPDF方法对LO和NNLO下的硬散射数据进行全局拟合。
• 通过FONLL方法在PDF确定中一致地包含重夸克质量（mc, mb）。
• 采用蒙特卡洛方法通过误差传播量化PDF不确定性。
• 在LO、NLO和NNLO之间进行结果比较，以评估微扰展开的收敛性和稳定性。
• 在每一阶次测试动量和规则，以验证PDF集合的一致性。
• 通过改变αs、mc和mb的取值进行拟合，以评估其对PDF形状和不确定性的影响力。

实验结果

研究问题

• RQ1 NNLO修正如何影响全局部分子分布函数的稳定性和准确性？
• RQ2 在PDF拟合中引入NNLO修正在多大程度上改善了微扰QCD展开的收敛性？
• RQ3 αs、mc和mb的变化在多大程度上影响最终的PDF集合及其不确定性？
• RQ4 动量和规则能否在LO、NLO和NNLO下以不断提高的精度得到验证，这对PDF的一致性意味着什么？
• RQ5 数据集的子集在多大程度上导致现象学精度下降，这对未来仅基于对撞机数据的PDF确定意味着什么？

主要发现

• NNLO修正导致PDF集合稳定且一致，与NLO相比中心PDF无显著偏移，表明全局拟合具有鲁棒性。
• 微扰展开在NNLO下表现出更好的收敛性，尺度依赖性减小，且与LHC数据的符合度更高。
• 动量和规则在LO、NLO和NNLO下均以不断提高的精度得到满足，支持PDF集合的可靠性。
• αs、mc和mb的变化对PDF形状和不确定性产生可测量的影响，凸显了精确输入参数的重要性。
• 使用全局数据集的子集导致现象学精度下降，表明包含多样化数据类型的全局拟合对稳健的PDF确定至关重要。
• 本研究支持未来仅基于对撞机数据进行PDF确定的可行性，尽管当前的全局拟合在精度和一致性方面仍更优。