PYTHIA8/pythia8170/xmldoc/MadGraph5Processes.xml

   1 <chapter name="MadGraph 5 Processes">
   2
   3 <h2>MadGraph 5 Processes</h2>
   4
   5 By far the easiest way to implement new processes into PYTHIA 8 is
   6 by using the matrix-element generator MadGraph 5. This program has
   7 an option to output the results of a matrix-element calculation
   8 as a set of PYTHIA 8 C++ classes (plus further auxiliary code),
   9 that can then be linked and used as
  10 <aloc href="SemiInternalProcesses">semi-internal</aloc> processes,
  11 meaning they are handled identically with normal internal ones.
  12 This way, MadGraph 5 can be used to implement processes from
  13 any model that can be written in  terms of a Lagrangian. Any
  14 <ei>2 -> 1</ei>, <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes
  15 can be implemented, the limit being set by the absence of efficient
  16 phase space generator algorithms for higher multiplicities in
  17 PYTHIA. Features such as <ei>s</ei>-channel resonances are
  18 automatically implemented in the process classes.  Besides the process
  19 library and necessary model files, also an example main program is
  20 generated for each set of processes, which can be easily modified to
  21 perform the desired analyses.
  22
  23 <p/>
  24 In order to create a PYTHIA 8 process library with MadGraph 5, first
  25 download the MadGraph 5 package from
  26 <a href="https://launchpad.net/madgraph5" target="page">
  27 https://launchpad.net/madgraph5</a>, and untar the package. You can
  28 then specify the location of your <code>pythia81xx</code> directory
  29 in the file <code>input/mg5_configuration.txt</code>:
  30 <br/><code>pythia8_path = ./pythia81xx</code>
  31 <br/>The location can be either relative (to the directory
  32 <code>MadGraph5_v_x_x_x/.</code>) or absolute.
  33
  34 <p/>
  35 For any model that is already implemented in the MadGraph 5 package,
  36 you can directly use the model. Start the MadGraph 5 interface
  37 <code>bin/mg5</code>, and do:
  38 <pre>
  39 import model model_name
  40 generate your_process_in_mg5_syntax
  41 add process your_next_process_in_mg5_syntax
  42 ...
  43 output pythia8 [path_to_pythia81xx_directory]
  44 </pre>
  45
  46 <p/>
  47 For examples of MG5 process syntax, please see
  48 <a href="http://madgraph.phys.ucl.ac.be/EXAMPLES/example_mg5.html"
  49 target="page">http://madgraph.phys.ucl.ac.be/EXAMPLES/example_mg5.html</a>
  50 or type <code>help generate</code>. If you specified the path to the
  51 <code>pythia81xx</code> directory in the <code>mg5_configuration</code>
  52 file, you do not need to enter it in the <code>output</code> command.
  53
  54 <p/>
  55 If your preferred model is found on the FeynRules model wiki page,
  56 <a href="http://feynrules.irmp.ucl.ac.be/wiki/ModelDatabaseMainPage"
  57 target="page">http://feynrules.irmp.ucl.ac.be/wiki/ModelDatabaseMainPage</a>,
  58 download the UFO (Universal FeynRules Output) tar file for the model,
  59 untar in the <code>models/</code> directory, and use as above.
  60
  61 <p/>
  62 If you want to implement a new model which has not yet been implemented,
  63 you can do this either using the Mathematica package FeynRules (see
  64 <a href="http://feynrules.irmp.ucl.ac.be/" target="page">
  65 http://feynrules.irmp.ucl.ac.be/</a>) or directly edit the UFO model
  66 files of the most similar model in the <code>models/</code> directory.
  67
  68 <p/>
  69 The resulting output from the <code>output pythia8</code> command is:
  70 <ul>
  71 <li>A process directory <code>Processes_modelname</code> with the
  72 model information and the files needed for all processes defined for
  73 this model, placed in the <code>pythia81xx</code> main directory.
  74 The model files are <code>Parameters_modelname.h/cc</code> and
  75 <code>HelAmps_modelname.h/cc</code>, and the process files for each
  76 process class (with the same mass, spin and color of the initial/final
  77 state particles) are called <code>Sigma_modelname_processname.h/cc</code>.
  78 The directory also contains a <code>makefile</code> and a model parameter
  79 file <code>param_card_modelname.dat</code>.</li>
  80 <li>An example main program in the directory <code>examples/</code>
  81 (in the <code>pythia81xx</code> main directory) called
  82 <code>main_modelname_N.cc</code> and a corresponding makefile
  83 <code>Makefile_modelname_N</code>. This main program links in the
  84 process classes in the process directory described above. To run the
  85 example main program, just go to the <code>examples/</code>
  86 directory and run
  87 <br/><code>make -f Makefile_modelname_N</code>
  88 <br/>or run <code>launch</code> directly inside the MadGraph 5
  89 command line interface.</li>
  90 </ul>
  91
  92 <p/>
  93 Note that in order for PYTHIA 8 to be able to automatically decay any
  94 new particles, it is necessary to specify the branching ratios of the
  95 particles in the <code>param_card</code> file, see
  96 <ref>Ska04,Alw07</ref> for details.
  97
  98 <p/>
  99 For further technical details, please see the MadGraph 5 release paper
 100 <ref>Alw11</ref> and the
 101 <aloc href="SemiInternalProcesses">semi-internal</aloc> processes page.
 102
 103 <p/>
 104 Of course, as with MadGraph 4, MadGraph 5 can also output
 105 files of parton-level events according to the
 106 <aloc href="LesHouchesAccord">LHEF</aloc> standard,
 107 that can be read in and processed further by PYTHIA 8.
 108 The advantage is that then the MadGraph 5 phase space generator
 109 can be used, which opens up for processes with more than three
 110 particles in the final state. The disadvantages are that it is less
 111 easy to mix and match with existing PYTHIA processes, and that one
 112 needs to regenerate and store large LHEF files for different
 113 kinematics cuts or parameter values.
 114
 115 <p/>
 116 Please cite the MadGraph 5 release paper <ref>Alw11</ref> if you use
 117 MadGraph 5 to generate process libraries for PYTHIA 8.
 118
 119 </chapter>
 120
 121 <!-- Copyright (C) 2012 Torbjorn Sjostrand -->