]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - PYTHIA8/pythia8145/xmldoc/Fragmentation.xml
Coverity fixes
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8145 / xmldoc / Fragmentation.xml
1 <chapter name="Fragmentation">
2
3 <h2>Fragmentation</h2>
4
5 Fragmentation in PYTHIA is based on the Lund string model 
6 <ref>And83, Sjo84</ref>. Several different aspects are involved in 
7 the physics description, which  here therefore is split accordingly. 
8 This also, at least partly, reflect the set of classes involved in 
9 the fragmentation machinery.
10
11 <p/>
12 The variables collected here have a very wide span of usefulness.
13 Some would be central in any hadronization tuning exercise, others
14 should not be touched except by experts.
15
16 <p/>
17 The fragmentation flavour-choice machinery is also used in a few 
18 other places of the program, notably particle decays, and is thus
19 described on the separate <aloc href="FlavourSelection">Flavour 
20 Selection</aloc> page.
21
22 <h3>Fragmentation functions</h3>
23
24 The <code>StringZ</code> class handles the choice of longitudinal 
25 lightcone fraction <ei>z</ei> according to one of two possible 
26 shape sets.
27
28 <p/>
29 The Lund symmetric fragmentation function <ref>And83</ref> is the 
30 only alternative for light quarks. It is of the form
31 <eq> 
32     f(z) = (1/z) * (1-z)^a * exp(-b m_T^2 / z)
33 </eq>
34 with the two main free parameters <ei>a</ei> and <ei>b</ei> to be 
35 tuned to data. They are stored in 
36
37 <parm name="StringZ:aLund" default="0.3" min="0.0" max="2.0">
38 The <ei>a</ei> parameter of the Lund symmetric fragmentation function.
39 </parm>
40
41 <parm name="StringZ:bLund" default="0.8" min="0.2" max="2.0">
42 The <ei>b</ei> parameter of the Lund symmetric fragmentation function.
43 </parm>
44
45 <p/>
46 In principle, each flavour can have a different <ei>a</ei>. Then,
47 for going from an old flavour <ei>i</ei> to a new <ei>j</ei> one 
48 the shape is 
49 <eq> 
50     f(z) = (1/z) * z^{a_i} * ((1-z)/z)^{a_j} * exp(-b * m_T^2 / z)
51 </eq>
52 This is only implemented for diquarks relative to normal quarks:
53
54 <parm name="StringZ:aExtraDiquark" default="0.5" min="0.0" max="2.0">
55 allows a larger <ei>a</ei> for diquarks, with total 
56 <ei>a = aLund + aExtraDiquark</ei>.
57 </parm>
58
59 <p/>
60 Finally, the Bowler modification <ref>Bow81</ref> introduces an extra 
61 factor
62 <eq>
63     1/z^{r_Q * b * m_Q^2}
64 </eq>
65 for heavy quarks. To keep some flexibility, a multiplicative factor
66 <ei>r_Q</ei> is introduced, which ought to be unity (provided that
67 quark masses were uniquely defined) but can be set in
68
69 <parm name="StringZ:rFactC" default="1.0" min="0.0" max="2.0">
70 <ei>r_c</ei>, i.e. the above parameter for <ei>c</ei> quarks.
71 </parm>
72
73 <parm name="StringZ:rFactB" default="0.67" min="0.0" max="2.0">
74 <ei>r_b</ei>, i.e. the above parameter for <ei>b</ei> quarks.
75 </parm>
76
77 <parm name="StringZ:rFactH" default="1.0" min="0.0" max="2.0">
78 <ei>r_h</ei>, i.e. the above parameter for heavier hypothetical quarks,
79 or in general any new coloured particle long-lived enough to hadronize.
80 </parm>
81
82 <p/>
83 As an alternative, it is possible to switch over to the 
84 Peterson/SLAC formula <ref>Pet83</ref>
85 <eq>
86      f(z) = 1 / ( z * (1 - 1/z - epsilon/(1-z))^2 )
87 </eq>
88 for charm, bottom and heavier (defined as above) by the three flags
89
90 <flag name="StringZ:usePetersonC" default="off">
91 use Peterson for <ei>c</ei> quarks.
92 </flag>
93
94 <flag name="StringZ:usePetersonB" default="off">
95 use Peterson for <ei>b</ei> quarks.
96 </flag>
97
98 <flag name="StringZ:usePetersonH" default="off">
99 use Peterson for hypothetical heavier quarks.
100 </flag>
101
102 <p/>
103 When switched on, the corresponding epsilon values are chosen to be
104
105 <parm name="StringZ:epsilonC" default="0.05" min="0.01" max="0.25">
106 <ei>epsilon_c</ei>, i.e. the above parameter for <ei>c</ei> quarks.
107 </parm>
108
109 <parm name="StringZ:epsilonB" default="0.005" min="0.001" max="0.025">
110 <ei>epsilon_b</ei>, i.e. the above parameter for <ei>b</ei> quarks.
111 </parm>
112
113 <parm name="StringZ:epsilonH" default="0.005" min="0.0001" max="0.25">
114 <ei>epsilon_h</ei>, i.e. the above parameter for hypothetical heavier 
115 quarks, normalized to the case where <ei>m_h = m_b</ei>. The actually 
116 used parameter is then <ei>epsilon = epsilon_h * (m_b^2 / m_h^2)</ei>.
117 This allows a sensible scaling to a particle with an unknown higher
118 mass without the need for a user intervention. 
119 </parm>
120
121 <h3>Fragmentation <ei>pT</ei></h3>
122
123 The <code>StringPT</code> class handles the choice of fragmentation 
124 <ei>pT</ei>. At each string breaking the quark and antiquark of the pair are
125 supposed to receive opposite and compensating <ei>pT</ei> kicks according
126 to a Gaussian distribution in <ei>p_x</ei> and <ei>p_y</ei> separately. 
127 Call <ei>sigma_q</ei> the width of the <ei>p_x</ei> and <ei>p_y</ei> 
128 distributions separately, i.e.
129 <eq>
130     d(Prob) = exp( -(p_x^2 + p_y^2) / 2 sigma_q^2).
131 </eq>
132 Then the total squared width is 
133 <eq>
134     &lt;pT^2> = &lt;p_x^2> +  &lt;p_y^2> = 2 sigma_q^2 = sigma^2.
135 </eq>
136 It is this latter number that is stored in
137
138 <parm name="StringPT:sigma" default="0.304" min="0.0" max="1.0">
139 the width <ei>sigma</ei> in the fragmentation process.
140 </parm>
141
142 <p/>
143 Since a normal hadron receives <ei>pT</ei> contributions for two string 
144 breakings, it has a <ei>&lt;p_x^2>_had = &lt;p_y^2>_had = sigma^2</ei>, 
145 and thus <ei>&lt;pT^2>_had = 2 sigma^2</ei>.  
146
147 <p/>
148 Some studies on isolated particles at LEP has indicated the need for 
149 a slightly enhanced rate in the high-<ei>pT</ei> tail of the above 
150 distribution. This would have to be reviewed in the context of a 
151 complete retune of parton showers and hadronization, but for the 
152 moment we stay with the current recipe, to boost the above <ei>pT</ei> 
153 by a factor <ei>enhancedWidth</ei> for a small fraction 
154 <ei>enhancedFraction</ei> of the breakups, where
155
156 <parm name="StringPT:enhancedFraction" default="0.01" min="0.0" max="0.1">
157 <ei>enhancedFraction</ei>,the fraction of string breaks with enhanced 
158 width.
159 </parm>
160
161 <parm name="StringPT:enhancedWidth" default="2.0" min="1.0" max="5.0">
162 <ei>enhancedWidth</ei>,the enhancement of the width in this fraction.
163 </parm>
164
165 <h3>Jet joining procedure</h3>
166
167 String fragmentation is carried out iteratively from both string ends 
168 inwards, which means that the two chains of hadrons have to be joined up 
169 somewhere in the middle of the event. This joining is described by
170 parameters that in principle follows from the standard fragmentation
171 parameters, but in a way too complicated to parametrize. The dependence
172 is rather mild, however, so for a sensible range of variation the 
173 parameters in this section should not be touched.
174
175 <parm name="StringFragmentation:stopMass" default="1.0" min="0.0" max="2.0">
176 Is used to define a <ei>W_min = m_q1 + m_q2 + stopMass</ei>,
177 where <ei>m_q1</ei> and <ei>m_q2</ei> are the masses of the two 
178 current endpoint quarks or diquarks. 
179 </parm>
180
181 <parm name="StringFragmentation:stopNewFlav" default="2.0" min="0.0" max="2.0">
182 Add to <ei>W_min</ei> an amount <ei>stopNewFlav * m_q_last</ei>, 
183 where <ei>q_last</ei> is the last <ei>q qbar</ei> pair produced 
184 between the final two hadrons.
185 </parm>
186
187 <parm name="StringFragmentation:stopSmear" default="0.2" min="0.0" max="0.5">
188 The <ei>W_min</ei> above is then smeared uniformly in the range
189 <ei>W_min_smeared = W_min * [ 1 - stopSmear, 1 + stopSmear ]</ei>.
190 </parm>
191
192 <p/>
193 This <ei>W_min_smeared</ei> is then compared with the current remaining
194 <ei>W_transverse</ei> to determine if there is energy left for further
195 particle production. If not, i.e. if 
196 <ei>W_transverse &lt; W_min_smeared</ei>, the final two particles are 
197 produced from what is currently left, if possible. (If not, the 
198 fragmentation process is started over.)
199
200 <h3>Simplifying systems</h3>
201
202 There are a few situations when it is meaningful to simplify the
203 original task, one way or another.
204
205 <parm name="HadronLevel:mStringMin" default="1." min="0.5" max="1.5">
206 Decides whether a partonic system should be considered as a normal
207 string or a ministring, the latter only producing one or two primary
208 hadrons. The system mass should be above <ei>mStringMin</ei> plus the 
209 sum of quark/diquark constituent masses for a normal string description,
210 else the ministring scenario is used.
211 </parm>
212
213 <parm name="FragmentationSystems:mJoin" default="0.2" min="0.2" max="1.">
214 When two colour-connected partons are very nearby, with at least 
215 one being a gluon, they can be joined into one, to avoid technical 
216 problems of very small string regions. The requirement for joining is 
217 that the invariant mass of the pair is below <ei>mJoin</ei>, where a 
218 gluon only counts with half its momentum, i.e. with its contribution 
219 to the string region under consideration. (Note that, for technical 
220 reasons, the 0.2 GeV lower limit is de facto hardcoded.)
221 </parm>
222
223 <parm name="FragmentationSystems:mJoinJunction" default="1.0"min="0.5" max="2.">
224 When the invariant mass of two of the quarks in a three-quark junction 
225 string system becomes too small, the system is simplified to a 
226 quark-diquark simple string. The requirement for this simplification 
227 is that the diquark mass, minus the two quark masses, falls below 
228 <ei>mJoinJunction</ei>. Gluons on the string between the junction and 
229 the respective quark, if any, are counted as part of the quark 
230 four-momentum. Those on the two combined legs are clustered with the 
231 diquark when it is formed.
232 </parm>
233
234 <h3>Ministrings</h3>
235
236 The <code>MiniStringFragmentation</code> machinery is only used when a 
237 string system has so small invariant mass that normal string fragmentation
238 is difficult/impossible. Instead one or two particles are produced,
239 in the former case shuffling energy-momentum relative to another
240 colour singlet system in the event, while preserving the invariant
241 mass of that system. With one exception parameters are the same as 
242 defined for normal string fragmentation, to the extent that they are 
243 at all applicable in this case.
244
245 A discussion of the relevant physics is found in <ref>Nor00</ref>. 
246 The current implementation does not completely abide to the scheme 
247 presented there, however, but has in part been simplified. (In part 
248 for greater clarity, in part since the class is not quite finished yet.) 
249
250 <modeopen name="MiniStringFragmentation:nTry" default="2" min="1" max="10">
251 Whenever the machinery is called, first this many attempts are made
252 to pick two hadrons that the system fragments to. If the hadrons are 
253 too massive the attempt will fail, but a new subsequent try could
254 involve other flavour and hadrons and thus still succeed. 
255 After <ei>nTry</ei> attempts, instead an attempt is made to produce a 
256 single hadron from the system. Should also this fail, some further
257 attempts at obtaining two hadrons will be made before eventually 
258 giving up.
259 </modeopen>
260
261 <h3>Junction treatment</h3>
262
263 A junction topology corresponds to an Y arrangement of strings
264 i.e. where three string pieces have to be joined up in a junction.
265 Such topologies can arise if several valence quarks are kicked out
266 from a proton beam, or in baryon-number-violating SUSY decays.
267 Special attention is necessary to handle the region just around
268 the junction, where the baryon number topologically is located. 
269 The junction fragmentation scheme is described in <ref>Sjo03</ref>. 
270 The parameters in this section should not be touched except by experts.
271
272 <parm name="StringFragmentation:eNormJunction" default="2.0" min="0.5" max="10">
273 Used to find the effective rest frame of the junction, which is
274 complicated when the three string legs may contain additional
275 gluons between the junction and the endpoint. To this end,
276 a pull is defined as a weighed sum of the momenta on each leg, 
277 where the weight is <ei>exp(- eSum / eNormJunction)</ei>, with 
278 <ei>eSum</ei> the summed energy of all partons closer to the junction 
279 than the currently considered one (in the junction rest frame). 
280 Should in principle be (close to) <ei>sqrt((1 + a) / b)</ei>, with 
281 <ei>a</ei> and <ei>b</ei> the parameters of the Lund symmetric 
282 fragmentation function. 
283 </parm>
284
285 <parm name="StringFragmentation:eBothLeftJunction" default="1.0" min="0.5">
286 Retry (up to 10 times) when the first two considered strings in to a 
287 junction both have a remaining energy (in the junction rest frame) 
288 above this number.
289 </parm>
290
291 <parm name="StringFragmentation:eMaxLeftJunction" default="10.0" min="0."> 
292 Retry (up to 10 times) when the first two considered strings in to a 
293 junction has a highest remaining energy (in the junction rest frame) 
294 above a random energy evenly distributed between 
295 <ei>eBothLeftJunction</ei> and 
296 <ei>eBothLeftJunction + eMaxLeftJunction</ei> 
297 (drawn anew for each test).
298 </parm>
299
300 <parm name="StringFragmentation:eMinLeftJunction" default="0.2" min="0."> 
301 Retry (up to 10 times) when the invariant mass-squared of the final leg 
302 and the leftover momentum of the first two treated legs falls below 
303 <ei>eMinLeftJunction</ei> times the energy of the final leg (in the 
304 junction rest frame). 
305 </parm>
306
307 </chapter>
308
309 <!-- Copyright (C) 2010 Torbjorn Sjostrand -->
310