[论文解读] Variable-Flavor-Number Scheme in Analysis of Heavy-Quark Electro-Production Data

S. Alekhin, J. Blümlein+2 more|ArXiv.org|Aug 21, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 8

一句话总结

本文评估了Buza-Matiounine-Smith-van Neerven（BMSN）通用质量变味数（GMVFN）方案对全球QCD部分子分布函数（PDF）拟合的影响，使用了包括深度非弹性散射、Drell-Yan及双μ子数据在内的全局数据。结果表明，BMSN GMVFN方案得到的PDF与三味数方案几乎完全一致，对Tevatron和LHC上W/Z玻色子及顶夸克产生过程的唯象学预测差异可忽略，验证了在NNLO精度下使用GMVFN方案进行全球PDF拟合的合理性。

ABSTRACT

We check the impact of the factorization scheme employed in the calculation of the heavy-quark deep-inelastic scattering (DIS) electro-production on the PDFs determined in the NNLO QCD analysis of the world inclusive neutral-current DIS data combined with the ones on the neutrino-nucleon DIS di-muon production and the fixed-target Drell-Yan process. The charm-quark DIS contribution is calculated in the general-mass variable-flavor-number (GMVFN) scheme: At asymptotically large values of the momentum transfer $Q$ it is given by the zero-mass 4-flavor scheme and at the value of $Q$ equal to the charm-quark mass it is smoothly matched with the 3-flavor scheme using the Buza-Matiounine-Smith-van Neerven prescription. The PDFs obtained in this variant of the fit are very similar to the ones obtained in the fit with a 3-flavor scheme employed. Our 5-flavor PDFs derived from the 3-flavor ones using the NNLO matching conditions are used to calculate the rates of $W^{\pm}/Z$ and $t\bar{t}$ production at the Tevatron collider and the LHC at NNLO.

研究动机与目标

• 评估BMSN通用质量变味数（GMVFN）方案对全球部分子分布函数（PDF）拟合的影响。
• 比较BMSN GMVFN方案与传统三味数方案在全球QCD拟合中的唯象学后果。
• 评估BMSN GMVFN方案在NNLO精度下与HERA、Drell-Yan及中微子-核子深度非弹性散射数据的一致性。
• 推导并比较适用于Tevatron和LHC高能对撞唯象学的五味数PDF。
• 量化由PDF和夸克质量变化引起的W±/Z玻色子及顶夸克产生截面的不确定性。

提出的方法

• 本研究对包括中性流深度非弹性散射、固定靶Drell-Yan及中微子-核子双μ子产生在内的全球NNLO QCD拟合进行。
• 在BMSN GMVFN方案下计算粲夸克结构函数F₂ᶜ，该方案确保在Q = m_c时三味数与四味数方案之间的平滑匹配。
• 以三味数方案为基准，通过直接提取PDF及唯象学预测对BMSN GMVFN方案进行比较。
• 拟合中包含了PDF演化、系数函数的NNLO修正，以及重夸克电荷产生过程的NLO修正。
• 利用BMSN方案的NNLO匹配条件，从三味数PDF构建五味数PDF。
• 在NNLO精度下计算Tevatron和LHC上W±/Z及t̄t产生截面的预测值，并传播来自数据、PDF及夸克质量的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全局拟合中，BMSN GMVFN方案是否产生与三味数方案显著不同的PDF？
• RQ2 HERA数据对F₂ᶜ的敏感性是否显著依赖于三味数与BMSN GMVFN方案的选择？
• RQ3 重夸克结构函数的差异在多大程度上影响Tevatron和LHC上W±/Z及顶夸克产生截面？
• RQ4 与MSTW08和JR等现有PDF集相比，本研究得到的五味数PDF在胶子和重夸克分布上表现如何？
• RQ5 PDF拟合中，顶夸克和W/Z玻色子产生率的主要不确定性来源是什么？

主要发现

• BMSN GMVFN方案产生的PDF与三味数方案几乎无法区分，差异远小于数据的实验不确定性。
• HERA对F₂ᶜ的测量对方案选择不敏感，因为三味数与BMSN GMVFN方案之间的差异小于数据误差，即使在x ~ 0.003处也如此。
• 利用NNLO匹配条件从三味数拟合导出的五味数PDF在μ = 2 GeV时与MSTW08集合基本一致，仅在小x（x < 0.0005）区域表现出更大的胶子分布，这与H1的F_L测量一致。
• 本PDF集合中的胶子分布较MSTW08在小x区域（特别是x < 10⁻⁵）更大，且该差异与H1的F_L测量一致。
• Tevatron和LHC上W±/Z及t̄t产生截面的PDF不确定性为1–2%，使其适合作为亮度监测器。
• 本分析中LHC能量下的t̄t产生截面小于MSTW08，主要由于胶子分布较小，表明t̄t产生可有效区分不同PDF集合。