[论文解读] Using Drell-Yan forward-backward asymmetry to constrain parton distribution functions

Antun Han, A. Khukhunaishvili+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 5

一句话总结

本文提出利用强子对撞机上Drell-Yan正反费米子电荷不对称性（$A_{FB}(M,y)$）测量来约束部分子分布函数（PDFs），从而减少主导电弱精度测量中系统误差的PDF不确定性。通过分析PDF拟合中$A_{FB}$数据的$χ^2$值，该方法显著降低了关键参数如$σ^2 \theta_{\text{eff}}^{\text{lept}}(M_Z)$和$M_W$的PDF误差，提升了电弱尺度测量的精度。

ABSTRACT

We show that measurements of the forward-backward charge asymmetry ($A_{FB}(M,y)$) of Drell-Yan dilepton events produced at hadron colliders provide a new powerful tool to constrain Parton Distribution Functions (PDFs). PDF uncertainties are the dominant source of systematic error in precision measurements at hadron colliders (e.g. $\sin^2 heta_{eff}(M_Z)$, $\sin^2 heta_{W}=1-M_W^2/M_Z^2$ and the mass of the W boson). We show that the $\chi^2$ values of fits to extract $\sin^2 heta_{eff}^{lept}(M_Z)$ from $A_{FB}(M,y)$ with different PDF replicas can be used to place additional constraints on PDFs. In turn, using these constrained PDFs significantly reduces the PDF errors in precision measurements of electroweak parameters.

研究动机与目标

• 减少影响强子对撞机中电弱参数精度测量的主导PDF不确定性。
• 探讨Drell-Yan事例中$A_{FB}(M,y)$测量是否可作为部分子分布函数（PDFs）的新约束条件。
• 通过利用基于$A_{FB}$的PDF约束，提高提取电弱参数（如$\sin^2 \theta_{\text{eff}}^{\text{lept}}(M_Z)$和$M_W$）的准确性。
• 量化基于$A_{FB}$的PDF约束对减少电弱精度可观测量系统误差的影响。

提出的方法

• 将强子对撞机中Drell-Yan二轻子事例的前向-后向电荷不对称性（$A_{FB}(M,y)$）数据作为新可观测量，用于约束PDF。
• 利用$A_{FB}(M,y)$测量进行全局PDF拟合，通过评估PDF副本的$χ^2$值来检验其与数据的一致性。
• 采用基于$χ^2$的PDF副本筛选方法，优化PDF集合，降低拟合参数的不确定性。
• 利用约束后的PDF重新评估电弱精度可观测量，特别是$\sin^2 \theta_{\text{eff}}^{\text{lept}}(M_Z)$和$M_W$，以评估误差的减少。
• 比较基于$A_{FB}$约束前后PDF的不确定性，量化精度提升程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 Drell-Yan事例中$A_{FB}(M,y)$测量能否为部分子分布函数（PDFs）提供一种新且有效的约束？
• RQ2 基于$A_{FB}$的PDF约束在多大程度上减少了$\sin^2 \theta_{\text{eff}}^{\text{lept}}(M_Z)$提取过程中的不确定性？
• RQ3 基于$A_{FB}$的PDF约束如何影响W玻色子质量测量的精度？
• RQ4 将$A_{FB}(M,y)$数据纳入后，对电弱精度研究中整体PDF不确定性的定量影响是什么？

主要发现

• 将$A_{FB}(M,y)$数据作为约束条件，显著降低了提取$\sin^2 \theta_{\text{eff}}^{\text{lept}}(M_Z)$时的PDF不确定性。
• 对$A_{FB}(M,y)$数据拟合得到的$χ^2$值能够有效筛选PDF副本，提升PDF集合的一致性和精度。
• 当PDF受$A_{FB}$数据约束时，W玻色子质量测量的PDF不确定性显著降低。
• 该方法提供了一种新的、独立的PDF约束工具，直接针对强子对撞机中电弱精度测量的主导系统误差源。