[论文解读] Update of the NNLO PDFs in the 3-, 4-, and 5-flavour scheme

S. Alekhin, J. Blümlein+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 20

一句话总结

本论文在3-、4-和5-夸克味方案下，提出了更新的下一阶下一阶（NNLO）部分子分布函数（PDFs），结合了HERA运行I的深度非弹性散射数据以及重夸克电子散射的偏NNLO修正。该更新使得强耦合常数αs(MZ) = 0.1147(12)，并改进了低x区域PDF行为的描述，特别是非奇异海夸克和胶子分布，对Tevatron和LHC的标准烛光截面产生显著影响。

ABSTRACT

We report on an update of the next-to-next-to-leading order (NNLO) ABKM09 parton distributions functions. They are obtained with the use of the combined HERA collider Run I inclusive deep-inelastic scattering (DIS) data and the partial NNLO corrections to the heavy quark electro-production taken into account. The value of the strong couplig constant $α^{ m NNLO}_{ m s}(M_{ m Z})=0.1147(12)$ is obtained. The standard candle cross sections for the Tevatron collider and the LHC estimated with the updated PDFs are provided.

研究动机与目标

• 提升强子对撞机事例物理中NNLO部分子分布函数（PDFs）的精度与理论一致性。
• 通过改进PDF参数化在低x区域的渐近行为，解决HERA数据与先前PDF拟合之间的张力，特别是低Bjorken-x区域。
• 在3味方案中引入重夸克电子散射的偏NNLO修正，提升理论精度。
• 利用改进的PDF，重新计算Tevatron与LHC中W、Z、顶夸克及希格斯玻色子产生过程的标准烛光截面。
• 通过同时拟合PDF与αs，确定更精确的强耦合常数αs(MZ)值。

提出的方法

• 对合并的HERA运行I结构函数F2进行模型无关分析，通过在x-分箱中拟合F2对ln(Q²)的依赖关系，并利用前次拟合的NNLO PDF对纵向结构函数FL进行修正。
• 提出一种新的灵活PDF参数化形式（公式1），引入参数a、β、γ1–γ3和b，以更好地描述低x行为，特别是非奇异海夸克与胶子分布。
• 在3味方案中包含重夸克电子散射的偏NNLO修正，具体为参考文献[8]中的O(αs²)阈值修正，提升理论精度。
• 在χ²评估中仔细考虑系统误差相关性，重点在于最小化2 < Q² < 100 GeV²范围内F2斜率确定的偏差。
• 将强耦合常数αs与PDF同时拟合，在5味方案中得到αs(MZ) = 0.1147(12)。
• 使用更新后的PDF，在NNLO和NLO近似下分别重新计算Tevatron与LHC的标准烛光截面，并与先前的ABKM09结果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 与先前拟合相比，结合HERA运行I DIS数据如何影响部分子分布函数在低x区域的行为？
• RQ2 重夸克电子散射的偏NNLO修正在多大程度上改变了小x区域的胶子与海夸克分布？
• RQ3 更新后的PDF对强耦合常数αs(MZ)的确定有何影响？
• RQ4 更新后的PDF如何改变Tevatron与LHC标准烛光截面的预测？
• RQ5 更灵活的PDF参数化形式（公式1）能否更好地描述HERA数据与NNLO预测之间的张力，特别是在低x区域？

主要发现

• 更新后的NNLO PDF得到αs(MZ) = 0.1147(12)，比先前ABKM09结果的0.1135(14)高出1σ，主要由于更新后的HERA数据。
• 与ABKM09相比，小x区域的非奇异海夸克分布增加，而胶子分布减少，这是由于数据改进和动量和规则约束的提升。
• 引入重夸克电子散射的偏NNLO修正导致小x区域胶子分布被抑制，但胶子在因子化尺度约2 GeV²处仍保持正值。
• 在高精度HERA数据子集（Q² < 300 GeV²）上，更新拟合的χ²/NDP为365/202 = 1.2，表明拟合统计上可接受，仅轻微高估波动。
• Tevatron的标准烛光截面出现显著变化：W±产生截面从26.2±0.3 nb增至26.8±0.3 nb，Z产生截面从7.73±0.08 nb增至7.88±0.07 nb，主要由小x区域夸克分布的上移驱动。
• 在LHC（7 TeV）中，更新后的PDF使W±截面增加2.1 nb（100.9±1.3 nb vs. 98.8±1.5 nb），Higgs产生截面增加0.6 pb（9.4±0.2 pb vs. 8.8±0.3 pb），反映了αs与PDF变化的综合效应。