PYTHIA8/pythia8130/include/BeamParticle.h

   1 // BeamParticle.h is a part of the PYTHIA event generator.
   2 // Copyright (C) 2008 Torbjorn Sjostrand.
   3 // PYTHIA is licenced under the GNU GPL version 2, see COPYING for details.
   4 // Please respect the MCnet Guidelines, see GUIDELINES for details.
   5
   6 // Header file for information on incoming beams.
   7 // ResolvedParton: an initiator or remnant in beam.
   8 // BeamParticle: contains partons, parton densities, etc.
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  10 #ifndef Pythia8_BeamParticle_H
  11 #define Pythia8_BeamParticle_H
  12
  13 #include "Basics.h"
  14 #include "Event.h"
  15 #include "FragmentationFlavZpT.h"
  16 #include "Info.h"
  17 #include "ParticleData.h"
  18 #include "PartonDistributions.h"
  19 #include "PythiaStdlib.h"
  20 #include "Settings.h"
  21
  22 namespace Pythia8 {
  23
  24 //**************************************************************************
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  26 // This class holds info on a parton resolved inside the incoming beam,
  27 // i.e. either an initiator (part of a hard or a multiple interaction)
  28 // or a remnant (part of the beam remnant treatment).
  29
  30 // The companion code is -1 from onset and for g, is -2 for an unmatched
  31 // sea quark, is >= 0 for a matched sea quark, with the number giving the
  32 // companion position, and is -3 for a valence quark.
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  34 class ResolvedParton {
  35
  36 public:
  37
  38   // Constructor.
  39   ResolvedParton( int iPosIn = 0, int idIn = 0, double xIn = 0.,
  40     int companionIn = -1) : iPosRes(iPosIn), idRes(idIn), xRes(xIn),
  41     companionRes(companionIn), xqCompRes(0.), mRes(0.), colRes(0),
  42     acolRes(0) { }
  43
  44   // Set info on initiator or remnant parton.
  45   void iPos( int iPosIn) {iPosRes = iPosIn;}
  46   void id( int idIn) {idRes = idIn;}
  47   void x( double xIn) {xRes = xIn;}
  48   void update( int iPosIn, int idIn, double xIn) {iPosRes = iPosIn;
  49     idRes = idIn; xRes = xIn;}
  50   void companion( int companionIn) {companionRes = companionIn;}
  51   void xqCompanion( double xqCompIn) {xqCompRes = xqCompIn;}
  52   void p(Vec4 pIn) {pRes = pIn;}
  53   void px(double pxIn) {pRes.px(pxIn);}
  54   void py(double pyIn) {pRes.py(pyIn);}
  55   void pz(double pzIn) {pRes.pz(pzIn);}
  56   void e(double eIn) {pRes.e(eIn);}
  57   void m(double mIn) {mRes = mIn;}
  58   void col(int colIn) {colRes = colIn;}
  59   void acol(int acolIn) {acolRes = acolIn;}
  60   void cols(int colIn = 0,int acolIn = 0)
  61     {colRes = colIn; acolRes = acolIn;}
  62
  63   // Get info on initiator or remnant parton.
  64   int iPos() const {return iPosRes;}
  65   int id() const {return idRes;}
  66   double x() const {return xRes;}
  67   int companion() const {return companionRes;}
  68   bool isValence() const {return (companionRes == -3);}
  69   bool isUnmatched() const {return (companionRes == -2);}
  70   bool isCompanion() const {return (companionRes >= 0);}
  71   double xqCompanion() const {return xqCompRes;}
  72   Vec4 p() const {return pRes;}
  73   double px() const {return pRes.px();}
  74   double py() const {return pRes.py();}
  75   double pz() const {return pRes.pz();}
  76   double e() const {return pRes.e();}
  77   double m() const {return mRes;}
  78   double pT() const {return pRes.pT();}
  79   double mT2() const {return mRes*mRes + pRes.pT2();}
  80   int col() const {return colRes;}
  81   int acol() const {return acolRes;}
  82
  83 private:
  84
  85   // Properties of a resolved parton.
  86   int    iPosRes, idRes;
  87   double xRes;
  88   // Companion code and distribution value, if any.
  89   int    companionRes;
  90   double xqCompRes;
  91   // Four-momentum and mass; for remnant kinematics construction.
  92   Vec4   pRes;
  93   double mRes;
  94   // Colour codes.
  95   int   colRes, acolRes;
  96
  97 };
  98
  99 //**************************************************************************
 100
 101 // This class holds info on a beam particle in the evolution of
 102 // initial-state radiation and multiple interactions.
 103
 104 class BeamParticle {
 105
 106 public:
 107
 108   // Constructor.
 109   BeamParticle() {Q2ValFracSav = -1.;}
 110
 111   // Initialize data on a beam particle and save pointers.
 112   void init( int idIn, double pzIn, double eIn, double mIn,
 113     Info* infoPtrIn, PDF* pdfInPtr, PDF* pdfHardInPtr,
 114     bool isUnresolvedIn, StringFlav* flavSelPtrIn);
 115
 116   // Set new pZ and E, but keep the rest the same.
 117   void newPzE( double pzIn, double eIn) {pBeam = Vec4( 0., 0., pzIn, eIn);}
 118
 119   // Member functions for output.
 120   int id() const {return idBeam;}
 121   Vec4 p() const {return pBeam;}
 122   double px() const {return pBeam.px();}
 123   double py() const {return pBeam.py();}
 124   double pz() const {return pBeam.pz();}
 125   double e() const {return pBeam.e();}
 126   double m() const {return mBeam;}
 127   bool isLepton() const {return isLeptonBeam;}
 128   bool isUnresolved() const {return isUnresolvedBeam;}
 129   // As hadrons here we only count those we know how to handle remnants for.
 130   bool isHadron() const {return isHadronBeam;}
 131   bool isMeson() const {return isMesonBeam;}
 132   bool isBaryon() const {return isBaryonBeam;}
 133
 134   // Maximum x remaining after previous MI and ISR, plus safety margin.
 135   double xMax(int iSkip = -1);
 136
 137   // Special hard-process parton distributions (can agree with standard ones).
 138   double xfHard(int idIn, double x, double Q2)
 139     {return pdfHardBeamPtr->xf(idIn, x, Q2);}
 140
 141   // Standard parton distributions.
 142   double xf(int idIn, double x, double Q2)
 143     {return pdfBeamPtr->xf(idIn, x, Q2);}
 144
 145   // Ditto, split into valence and sea parts (where gluon counts as sea).
 146   double xfVal(int idIn, double x, double Q2)
 147     {return pdfBeamPtr->xfVal(idIn, x, Q2);}
 148   double xfSea(int idIn, double x, double Q2)
 149     {return pdfBeamPtr->xfSea(idIn, x, Q2);}
 150
 151   // Rescaled parton distributions, as needed for MI and ISR.
 152   // For ISR also allow split valence/sea, and only return relevant part.
 153   double xfMI(int idIn, double x, double Q2)
 154     {return xfModified(-1, idIn, x, Q2);}
 155   double xfISR(int indexMI, int idIn, double x, double Q2)
 156     {return xfModified( indexMI, idIn, x, Q2);}
 157
 158   // Decide whether chosen quark is valence, sea or companion.
 159   int pickValSeaComp();
 160
 161   // Initialize kind of incoming beam particle.
 162   void initBeamKind();
 163
 164   // Overload index operator to access a resolved parton from the list.
 165   ResolvedParton& operator[](int i) {return resolved[i];}
 166
 167   // Total number of partons extracted from beam, and initiators only.
 168   int size() const {return resolved.size();}
 169   int sizeInit() const {return nInit;}
 170
 171   // Clear list of resolved partons.
 172   void clear() {resolved.resize(0);}
 173
 174   // Add a resolved parton to list.
 175   int append( int iPos, int idIn, double x, int companion = -1)
 176     {resolved.push_back( ResolvedParton( iPos, idIn, x, companion) );
 177     return resolved.size() - 1;}
 178
 179   // Print extracted parton list; for debug mainly.
 180   void list(ostream& os = cout);
 181
 182   // How many different flavours, and how many quarks of given flavour.
 183   int nValenceKinds() const {return nValKinds;}
 184   int nValence(int idIn) const {for (int i = 0; i < nValKinds; ++i)
 185     if (idIn == idVal[i]) return nVal[i]; return 0;}
 186
 187   // Test whether a lepton is to be considered as unresolved.
 188   bool isUnresolvedLepton();
 189
 190   // Add extra remnant flavours to make valence and sea come out right.
 191   bool remnantFlavours(Event& event);
 192
 193   // Correlate all initiators and remnants to make a colour singlet.
 194   bool remnantColours(Event& event, vector<int>& colFrom,
 195     vector<int>& colTo);
 196
 197   // Pick unrescaled x of remnant parton (valence or sea).
 198   double xRemnant(int i);
 199
 200   // Tell whether a junction has been resolved, and its junction colours.
 201   bool hasJunction() const {return hasJunctionBeam;}
 202   int junctionCol(int i) const {return junCol[i];}
 203   void junctionCol(int i, int col) {junCol[i] = col;}
 204
 205   // For a diffractive system, decide whether to kick out gluon or quark.
 206   bool pickGluon(double mDiff);
 207
 208   // Pick a valence quark at random, and provide the remaining flavour.
 209   int pickValence();
 210   int pickRemnant() const {return idVal2;}
 211
 212   // Share lightcone momentum between two remnants in a diffractive system.
 213   // At the same time generate a relative pT for the two.
 214   double zShare( double mDiff, double m1, double m2);
 215   double pxShare() const {return pxRel;}
 216   double pyShare() const {return pyRel;}
 217
 218 private:
 219
 220   // Constants: could only be changed in the code itself.
 221   static const double XMINUNRESOLVED;
 222
 223   // Pointer to various information on the generation.
 224   Info*       infoPtr;
 225
 226   // Pinters to PDF sets.
 227   PDF*        pdfBeamPtr;
 228   PDF*        pdfHardBeamPtr;
 229
 230   // Pointer to class for flavour generation.
 231   StringFlav* flavSelPtr;
 232
 233   // Initialization data, normally only set once.
 234   bool   allowJunction;
 235   int    maxValQuark, companionPower;
 236   double valencePowerMeson, valencePowerUinP, valencePowerDinP,
 237          valenceDiqEnhance, pickQuarkNorm, pickQuarkPower,
 238          diffPrimKTwidth, diffLargeMassSuppress;
 239
 240   // Basic properties of a beam particle.
 241   int    idBeam, idBeamAbs;
 242   Vec4   pBeam;
 243   double mBeam;
 244   // Beam kind. Valence flavour content for hadrons.
 245   bool   isLeptonBeam, isUnresolvedBeam, isHadronBeam, isMesonBeam,
 246          isBaryonBeam;
 247   int    nValKinds, idVal[3], nVal[3];
 248
 249   // Current parton density, by valence, sea and companion.
 250   int    idSave, iSkipSave, nValLeft[3];
 251   double xqgTot, xqVal, xqgSea, xqCompSum;
 252
 253   // The list of resolved partons.
 254   vector<ResolvedParton> resolved;
 255
 256   // Status after all initiators have been accounted for. Junction content.
 257   int    nInit;
 258   bool   hasJunctionBeam;
 259   int    junCol[3];
 260
 261   // Routine to calculate pdf's given previous interactions.
 262   double xfModified( int iSkip, int idIn, double x, double Q2);
 263
 264   // Fraction of hadron momentum sitting in a valence quark distribution.
 265   double xValFrac(int j, double Q2);
 266   double Q2ValFracSav, uValInt, dValInt;
 267
 268   // Fraction of hadron momentum sitting in a companion quark distribution.
 269   double xCompFrac(double xs);
 270
 271   // Value of companion quark PDF, also given the sea quark x.
 272   double xCompDist(double xc, double xs);
 273
 274   // Valence quark subdivision for diffractive systems.
 275   int    idVal1, idVal2, idVal3;
 276   double zRel, pxRel, pyRel;
 277
 278 };
 279
 280 //**************************************************************************
 281
 282 } // end namespace Pythia8
 283
 284 #endif // Pythia8_BeamParticle_H