NNLO PDFs driven by top-quark data

Abstract

Abstract We study the impact of state-of-the-art top-quark data collected at the large hadron collider on parton distribution functions (PDFs). Following the ABMP methodology, the fit extracts simultaneously proton PDFs, the strong coupling $$\alpha _s(M_Z)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>M</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> and heavy-quark masses at next-to-next-to-leading order (NNLO) accuracy in QCD. It includes recent high-statistics data on absolute total inclusive cross sections for $$t\bar{t}+X$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>X</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> , the sum of $$(t + X)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>X</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> and $$(\bar{t} + X)$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>X</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> hadroproduction, and normalized inclusive data double-differential in the invariant mass and rapidity of the $$t\bar{t}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> </mml:math> pair at $$\sqrt{S}=13$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msqrt> <mml:mi>S</mml:mi> </mml:msqrt> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> TeV. The gluon PDF at large x and the top-quark mass value derived from these data are well compatible with the previous ABMP16 results, but with significantly smaller uncertainties, reduced by up to a factor of two. At NNLO in QCD we obtain for the strong coupling the value $$\alpha _s^{(n_f=5)}(M_Z)= 0.1150 \pm 0.0009$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>α</mml:mi> <mml:mi>s</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mi>f</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>5</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>M</mml:mi> <mml:mi>Z</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>0.1150</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.0009</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> and for the top-quark mass in the $${\overline{\text{ MS }}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mover> <mml:mrow> <mml:mspace/> <mml:mtext>MS</mml:mtext> <mml:mspace/> </mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mover> </mml:math> -scheme $$m_t(m_t) = 160.6 \pm 0.6$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>m</mml:mi> <mml:mi>t</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>160.6</mml:mn> <mml:mo>±</mml:mo> <mml:mn>0.6</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> GeV, corresponding to $$m_t^\textrm{pole} = 170.2 \pm 0.7$$

Topics & Concepts