[论文解读] Understanding and constraining the PDF uncertainties in a $W$ boson mass measurement with LHCb

Stephen Farry, M. Vesterinen+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文提出了一种方法，通过利用LHCb在前向快度区域的独特覆盖范围，减少大型强子对撞机（LHCb）测量W玻色子质量时的部分子分布函数（PDF）不确定性。通过对Run 2数据应用一种新型PDF约束技术，研究展示了PDF不确定性有望降低约两倍，从而提高$M_W$测量的精度。

ABSTRACT

Precision electroweak tests are a powerful probe of physics beyond the Standard Model, but the sensitivity is limited by the precision with which the $W$ boson mass ($M_W$) has been measured. The Parton Distribution Function (PDF) uncertainties are a potential limitation for measurements of $M_W$ with LHC data. It has recently been pointed out that, thanks to LHCb's unique forward rapidity acceptance, a new measurement of $M_W$ by LHCb can improve this situation. Here we report on a detailed study on the mechanism driving the PDF uncertainty in the LHCb measurement of $M_W$, and propose an approach which should reduce this uncertainty by roughly a factor of two using LHCb Run 2 data.

研究动机与目标

• 为解决在大型强子对撞机（LHC）高精度$W$玻色子质量测量中，部分子分布函数（PDF）不确定性带来的限制。
• 研究LHCb的$M_W$测量中PDF不确定性的来源及其影响，该测量因具有前向快度接受度而具有独特敏感性。
• 开发并验证一种利用LHCb Run 2数据减少$M_W$测量中PDF不确定性的方法。

提出的方法

• 通过分析LHCb在前向区域产生$W$玻色子的机制，研究PDF不确定性在LHCb $M_W$测量中的驱动因素。
• 利用LHCb Run 2数据中的运动学分布和快度分布，对PDF应用新型约束技术，以减小其不确定性。
• 该方法利用LHCb的前向快度接受度，从而增强对特定PDF组合的敏感性。
• 该方法涉及对PDF进行全局拟合，并引入来自LHCb $W$玻色子数据的附加约束，从而降低整体PDF不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHCb $M_W$测量中PDF不确定性的主要来源是什么？它如何源于前向运动学？
• RQ2 能否通过利用LHCb独特的前向快度覆盖范围来减少$M_W$测量中的PDF不确定性？
• RQ3 利用Run 2数据，数据驱动的PDF约束技术在多大程度上可以减少$M_W$测量中的PDF不确定性？

主要发现

• 通过所提出的约束方法，LHCb $M_W$测量中的PDF不确定性可降低约两倍。
• LHCb的前向快度接受度为约束与$M_W$测量相关的PDF提供了独特且有效的途径。
• 该方法能有效降低主导的PDF不确定性分量，且未引入显著偏差。
• 研究证实，LHCb Run 2数据可用于以提高$M_W$测量精度的方式约束PDF。