[论文解读] xFitter: An Open Source QCD Analysis Framework - A resource and reference document for the Snowmass study

Abdolmaleki, Hamed, Amoroso, Simone+20 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 14

一句话总结

xFitter 是一个开源的、模块化的 C++ 框架，用于全球 QCD 拟合，能够利用 HERA、Tevatron 和 LHC 的数据精确测定部分子分布函数（PDFs）及相关量。它支持 NNLO QCD、NLO QED、小 x 重求和、TMDs 以及核子和介子 PDFs，适用于 Higgs 物理、新物理搜索和未来对撞机研究。

ABSTRACT

We provide an overview of the xFitter open-source software package, review the general capabilities of the program, and highlight applications relevant to the Snowmass study. An updated version of the program (2.2.0) is available on CERN GitLab, a and this has been updated to a C++ codebase with enhanced and extended features. We also discuss some of the ongoing and future code developments that may be useful for precision studies. We survey recent analyses performed by the xFitter developers' team including: W and Z production, photon PDFs, Drell-Yan forward-backward asymmetry studies, resummation of small-x contributions, heavy quark production, constraints on the strange PDF, determination of the pion PDF, and determination of the pion Fragmentation Functions. Finally, we briefly summarize selected applications of xFitter in the literature. The xFitter program is a versatile, flexible, modular, and comprehensive tool that can provide impact studies for possible future facilities. We encourage the use of xFitter, and welcome new contributions from the community.

研究动机与目标

• 提供一个灵活的开源框架，用于全球 QCD 拟合，以提高 LHC 和未来对撞机的 PDF 精度。
• 支持先进的理论工具，如 NNLO QCD、NLO QED、小 x 重求和以及 TMD 分布。
• 通过伪数据和重加权技术，实现对 LHeC 和 EIC 等未来设施的影响研究。
• 将 PDF 分析扩展至核子 PDFs、π 介子 PDFs 和 fragmentation functions，以支持精确的强子结构研究。
• 通过改进的 PDF 和 SMEFT 应用，增强对超越标准模型（BSM）物理的探测灵敏度。

提出的方法

• 采用模块化的 C++ 代码库，并与 QCD 跃迁工具（如 QCDNUM、APFEL、LHAPDF 和 FastNLO）集成。
• 使用 χ² 最小化方法，对固定靶、HERA、Tevatron 和 LHC 实验的实验数据进行全局 PDF 拟合。
• 支持 Hessian 和蒙特卡洛（如 NNPDF 风格）PDF 不确定性集合，包括对新数据约束的重加权。
• 通过 HELL 代码实现小 x 重求和，以改进 DGLAP 分裂函数和系数函数。
• 利用 CCFM 和 Parton Branching 跃迁形式体系实现 TMD PDF 提取，并支持 TMDlib I/O。
• 集成 NLO QED 修正，以打破同位旋对称性，并一致地计算光子 PDF。

实验结果

研究问题

• RQ1 xFitter 如何通过 LHC、HERA 和 Tevatron 数据的全局拟合提升质子 PDF 的精度？
• RQ2 小 x 重求和对低 x 条件下 HERA 电荷流 DIS 数据描述的影响如何？
• RQ3 NLO QED 修正如何影响光子 PDF 的确定以及同位旋破缺效应？
• RQ4 xFitter 的重加权和参数扫描工具在多大程度上能约束奇异 PDF 和价夸克分布？
• RQ5 如何利用 xFitter 通过伪数据研究评估 LHeC 和 EIC 等未来对撞机对新物理的探测灵敏度？

主要发现

• xFitter 2.2.0 版本提供了完全迁移的 C++ 代码库，增强了模块化设计，支持最高至 NNLO 的 QCD 拟合和 NLO QED。
• 小 x 重求和显著改善了对 HERA I+II 数据组合的描述，特别是在低 x 区域，如使用灵活 PDF 参数化拟合所示。
• 成功实现了 NLO QED 修正，使得在 NNLO QCD 和 NLO QED 精度下确定光子 PDF 成为可能。
• xFitter 能够利用 LHeC 产生粲夸克的伪数据和前后向 Drell-Yan 不对称性，对奇异 PDF 实现精确约束。
• 该框架支持 π 介子 PDF 和 fragmentation functions 的确定，扩展了其在介子结构研究中的应用范围。
• xFitter 已被用于超过 100 项分析，包括 LHC 研究，目前正积极应用于 Higgs 物理、BSM 搜索和基于 SMEFT 的精密研究。