]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - PYTHIA8/pythia8170/xmldoc/PDFSelection.xml
Update to pythi8.170
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8170 / xmldoc / PDFSelection.xml
1 <chapter name="PDF Selection">
2
3 <h2>PDF Selection</h2>
4
5 This page contains five subsections. The first deals with how to 
6 pick  the parton distribution set for protons, including from LHAPDF, 
7 to be used for all proton and antiproton beams. The second is a special
8 option that allows a separate PDF set to be used for the hard process
9 only, while the first choice would still apply to everything else.
10 The third and fourth give access to pion and Pomeron PDF's, respectively,
11 the latter being used to describe diffractive systems.
12 The fifth gives the possibility to switch off the lepton 
13 "parton density". More information on PDF classes is found 
14 <aloc href="PartonDistributions">here</aloc>.
15
16 <h3>Parton densities for protons</h3>
17
18 The selection of parton densities is made once and then is propagated 
19 through the program. It is essential to make an informed choice, 
20 for several reasons <ref>Kas10</ref>: 
21 <note>Warning 1:</note> the choice of PDF set affects a number of
22 properties of events. A change of PDF therefore requires a complete 
23 retuning e.g.  of the multiparton-interactions model for minimum-bias and 
24 underlying events.
25 <note>Warning 2:</note> People often underestimate the differences 
26 between different sets on the market. The sets for the same order are 
27 constructed to behave more or less similarly at large <ei>x</ei> and 
28 <ei>Q^2</ei>, while the multiparton interactions are dominated by the 
29 behaviour in the region of small <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei>. A good 
30 PDF parametrization ought to be sensible down to <ei>x = 10^-6</ei> 
31 (<ei>x = 10^-7</ei>) and <ei>Q^2 = 1</ei> GeV^2 for Tevatron (LHC) 
32 applications. Unfortunately there are distributions on the market that 
33 completely derail in that region. The <code>main51.cc</code> and 
34 <code>main52.cc</code> programs in the <code>examples</code> 
35 subdirectory provide some examples of absolutely minimal sanity checks 
36 before a new PDF set is put in production.
37 <note>Warning 3:</note> NLO and LO sets tend to have quite different
38 behaviours, e.g. NLO ones have less gluons at small x, which then is 
39 compensated by positive corrections in the NLO matrix elements.
40 Therefore do not blindly assume that an NLO tune has to be better than 
41 an LO one when combined with the LO matrix elements in PYTHIA. There are 
42 explicit examples where such thinking can lead you down the wrong alley,
43 especially if you study low-<ei>pT</ei> physics. In the list below you 
44 should therefore be extra cautious when using set 6 or set 9.
45
46 <p/>
47 The simplest option is to pick one 
48 of the distributions available internally:
49
50 <modepick name="PDF:pSet" default="2" min="1" max="12">
51 Parton densities to be used for proton beams (and, by implication,
52 antiproton ones):
53 <option value="1">GRV 94L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.128</ei>
54 (this set is out of date, but retained for historical comparisons).</option>
55 <option value="2">CTEQ 5L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.127</ei>
56 (this set is also out of date, but not badly so, and many tunes 
57 are based on it).</option>
58 <option value="3">MRST LO* (2007), 
59 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12032</ei>.</option>
60 <option value="4">MRST LO** (2008), 
61 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.11517</ei>.</option>
62 <option value="5">MSTW 2008 LO (central member), 
63 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.13939</ei>.</option>
64 <option value="6">MSTW 2008 NLO (central member), 
65 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12018</ei> (NLO, see Warning 3 above).</option>
66 <option value="7">CTEQ6L, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
67 <option value="8">CTEQ6L1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1298</ei>.</option>
68 <option value="9">CTEQ66.00 (NLO, central member), 
69 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei> (NLO, see Warning 3 above).</option>
70 <option value="10">CT09MC1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1300</ei>.</option>
71 <option value="11">CT09MC2, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
72 <option value="12">CT09MCS, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
73 </modepick> 
74 <note>Note:</note> the <ei>alpha_s(M_Z)</ei> values and the order of the
75 running in the description above is purely informative, and does not 
76 affect any other parts of the program. Instead you have the freedom to
77 set <ei>alpha_s(M_Z)</ei> value and running separately for 
78 <aloc href="CouplingsAndScales">hard processes</aloc> 
79 (including resonance decays),
80 <aloc href="MultipartonInteractions">multiparton interactions</aloc>,
81 <aloc href="SpacelikeShowers">initial-state radiation</aloc>, and
82 <aloc href="TimelikeShowers">final-state radiation</aloc>.
83
84 <p/>
85 This is a reasonably complete list of recent LO fits, both
86 ones within the normal LO context and ones with modifications for better
87 matching to event generators. In addition two older sets are 
88 included for backwards reference (most studies to date are based on 
89 CTEQ 5L). If you link to the 
90 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/" target="page">LHAPDF 
91 library</a> <ref>Wha05</ref> you get access to a much wider selection.
92 <note>Warning 1:</note> owing to previous problems with the behaviour 
93 of PDF's beyond the <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei> boundaries of a set, 
94 you should only use LHAPDF <b>version 5.3.0 or later</b>.
95 <note>Warning 2:</note> the behaviour of the LHAPDF sets need not be
96 identical with the implementation found in PYTHIA. Specifically we
97 are aware of the following points that may influence a comparison.
98 <br/>(a) CTEQ 5L in PYTHIA is the parametrization, in LHAPDF the grid
99 interpolation. 
100 <br/>(b) MRST LO* and LO** in PYTHIA is based on an updated edition,
101 where one makes use of the expanded MSTW grid format, while LHAPDF
102 is based on the original smaller grid. 
103 <br/>(c) The CTEQ 6 and CT09MC sets in PYTHIA are frozen at the 
104 boundaries of the grid, by recommendation of the authors, while 
105 LHAPDF also offers an option with a smooth extrapolation outside 
106 the grid boundaries. 
107
108 <flag name="PDF:useLHAPDF" default="off">
109 If off then the choice of proton PDF is based on <code>PDF:pSet</code>
110 above. If on then it is instead based on the choice of 
111 <code>PDF:LHAPDFset</code> and <code>PDF:LHAPDFmember</code> below.
112 <note>Note:</note> in order for this option to work you must have 
113 compiled PYTHIA appropriately and have set the <code>LHAPATH</code> 
114 environment variable to provide the data-files directory of your local 
115 LHAPDF installation. See the README file in the <code>examples</code> 
116 directory for further instructions. 
117 </flag>
118
119 <word name="PDF:LHAPDFset" default="MRST2004FF4lo.LHgrid">
120 Name of proton PDF set from LHAPDF to be used. You have to choose 
121 from the 
122 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/pdfsets" target="page">
123 list of available sets</a>. Examples of some fairly recent ones 
124 (but still less recent than found above) would be 
125 cteq61.LHpdf, cteq61.LHgrid, cteq6l.LHpdf, cteq6ll.LHpdf, 
126 MRST2004nlo.LHpdf, MRST2004nlo.LHgrid, MRST2004nnlo.LHgrid and 
127 MRST2004FF3lo.LHgrid. If you pick a LHpdf set it will require some 
128 calculation the first time it is called. 
129 <note>Technical note:</note> if you provide a name beginning with a 
130 slash (/) it is assumed you want to provide the full file path and then
131 <code>initPDFsetM(name)</code> is called, else the correct path is assumed 
132 already set and <code>initPDFsetByNameM(name)</code> is called.
133 </word> 
134
135 <modeopen name="PDF:LHAPDFmember" default="0" min="0">
136 Further choice of a specific member from the set picked above. Member 0
137 should normally correspond to the central value, with higher values
138 corresponding to different error PDF's somewhat off in different 
139 directions. You have to check from set to set which options are open.
140 <note>Note:</note> you can only use one member in a run, so if you
141 want to sweep over many members you either have to do many separate
142 runs or, as a simplification, save the 
143 <aloc href="EventInformation">pdf weights</aloc> at the hard scattering
144 and do an offline reweighting of events.
145 </modeopen>   
146
147 <flag name="PDF:extrapolateLHAPDF" default="off">
148 Parton densities have a guaranteed range of validity in <ei>x</ei>
149 and <ei>Q^2</ei>, and what should be done beyond that range usually is 
150 not explained by the authors of PDF sets. Nevertheless these boundaries
151 very often are exceeded, e.g. minimum-bias studies at LHC may sample
152 <ei>x</ei> values down to <ei>10^-8</ei>, while many PDF sets stop
153 already at <ei>10^-5</ei>. The default behaviour is then that the 
154 PDF's are frozen at the boundary, i.e. <ei>xf(x,Q^2)</ei> is fixed at
155 its value at <ei>x_min</ei> for all values <ei>x &lt; x_min</ei>,
156 and so on. This is a conservative approach. Alternatively, if you
157 switch on extrapolation, then parametrizations will be extended beyond
158 the boundaries, by some prescription. In some cases this will provide a
159 more realistic answer, in others complete rubbish. Another problem is 
160 that some of the PDF-set codes will write a warning message anytime the
161 limits are exceeded, thus swamping your output file. Therefore you should 
162 study a set seriously before you run it with this switch on.
163 </flag>
164
165 <p/> 
166 If you want to use PDF's not found in LHAPDF, or you want to interface
167 LHAPDF another way, you have full freedom to use the more generic 
168 <aloc href="PartonDistributions">interface options</aloc>.
169
170 <h3>Parton densities for protons in the hard process</h3>
171
172 The above options provides a PDF set that will be used everywhere:
173 for the hard process, the parton showers and the multiparton interactions
174 alike. As already mentioned, therefore a change of PDF should be
175 accompanied by a <b>complete</b> retuning of the whole MPI framework,
176 and maybe more. There are cases where one may want to explore 
177 different PDF options for the hard process, but would not want to touch 
178 the rest. If several different sets are to be compared, a simple
179 reweighting based on the <aloc href="EventInformation">originally 
180 used</aloc> flavour, <ei>x</ei>, <ei>Q^2</ei> and PDF values may offer the 
181 best route. The options in this section allow a choice of the PDF set
182 for the hard process alone, while the choice made in the previous section
183 would still be used for everything else. The hardest interaction
184 of the minimum-bias process is part of the multiparton-interactions
185 framework and so does not count as a hard process here. 
186
187 <p/>
188 Of course it is inconsistent to use different PDF's in different parts 
189 of an event, but if the <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei> ranges mainly accessed 
190 by the components are rather different then the contradiction would not be
191 too glaring. Furthermore, since standard PDF's are one-particle-inclusive
192 we anyway have to 'invent' our own PDF modifications to handle configurations
193 where more than one parton is kicked out of the proton <ref>Sjo04</ref>. 
194
195 <p/>
196 The PDF choices that can be made are the same as above, so we do not 
197 repeat the detailed discussion.
198
199 <flag name="PDF:useHard" default="off">
200 If on then select a separate PDF set for the hard process, using the 
201 variables below. If off then use the same PDF set for everything,
202 as already chosen above.   
203 </flag>
204
205 <modepick name="PDF:pHardSet" default="2" min="1" max="12">
206 Parton densities to be used for proton beams (and, by implication,
207 antiproton ones):
208 <option value="1">GRV 94L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.128</ei>
209 (out of date).</option>
210 <option value="2">CTEQ 5L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.127</ei>
211 (slightly out of date; many tunes are based on it).</option>
212 <option value="3">MRST LO* (2007), 
213 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12032</ei>.</option>
214 <option value="4">MRST LO** (2008), 
215 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.11517</ei>.</option>
216 <option value="5">MSTW 2008 LO (central member), 
217 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.13939</ei>.</option>
218 <option value="6">MSTW 2008 NLO (central member), 
219 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12018</ei>.</option>
220 <option value="7">CTEQ6L, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
221 <option value="8">CTEQ6L1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1298</ei>.</option>
222 <option value="9">CTEQ66.00 (NLO, central member), 
223 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
224 <option value="10">CT09MC1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1300</ei>.</option>
225 <option value="11">CT09MC2, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
226 <option value="12">CT09MCS, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
227 </modepick> 
228
229 <flag name="PDF:useHardLHAPDF" default="off">
230 If off then the choice of proton PDF is based on <code>hardpPDFset</code>
231 above. If on then it is instead based on the choice of 
232 <code>hardLHAPDFset</code> and <code>hardLHAPDFmember</code> below.
233 Note that if you want to use LHAPDF here, and you also use LHAPDF
234 for the "normal" PDF set, then LHAPDF must have been compiled so as to 
235 handle (at least) two concurrent sets, with the configure statement
236 <code>--with-max-num-pdfsets=2</code>. 
237 </flag>
238
239 <word name="PDF:hardLHAPDFset" default="MRST2004FF4lo.LHgrid">
240 Name of proton PDF set from LHAPDF to be used. 
241 </word> 
242
243 <modeopen name="PDF:hardLHAPDFmember" default="0" min="0">
244 Further choice of a specific member from the set picked above. 
245 </modeopen>   
246
247 <p/>
248 Note that there is no separate equivalent of the 
249 <code>PDF:extrapolateLHAPDF</code> flag specifically for the hard
250 PDF. Since LHAPDF only has one global flag for extrapolation or not,
251 the choice for the normal PDF's also applies to the hard ones.
252
253 <h3>Parton densities for pions</h3>
254
255 The parton densities of the pion are considerably less well known than
256 those of the proton. There are only rather few sets on the market,
257 and none particularly recent. Only one comes built-in, but others can 
258 be accessed from LHAPDF. Input parametrizations are for the <ei>pi+</ei>.
259 >From this the <ei>pi-</ei> is obtained by charge conjugation and the 
260 <ei>pi0</ei> from averaging (half the pions have <ei>d dbar</ei> 
261 valence quark content, half <ei>u ubar</ei>.
262
263 <p/>
264 Much of the switches are taken over from the proton case, with obvious
265 modifications; therefore the description is briefer. Currently we have 
266 not seen the need to allow separate parton densities for hard processes. 
267 When using LHAPDF the <code>PDF:extrapolateLHAPDF</code> switch of the 
268 proton also applies to pions. 
269  
270 <modepick name="PDF:piSet" default="1" min="1" max="1">
271 Internal parton densities that can be used for pion beams, currently with 
272 only one choice.
273 <option value="1">GRV 92 L.</option>
274 </modepick> 
275
276 <flag name="PDF:piUseLHAPDF" default="off">
277 If off then the choice of proton PDF is based on <code>PDF:piSet</code>
278 above. If on then it is instead based on the choice of 
279 <code>PDF:piLHAPDFset</code> and <code>PDF:piLHAPDFmember</code> below.
280 </flag>
281
282 <word name="PDF:piLHAPDFset" default="OWPI.LHgrid">
283 Name of pion PDF set from LHAPDF to be used. You have to choose from the 
284 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/pdfsets" target="page">
285 list of available sets</a>. 
286 </word> 
287
288 <modeopen name="PDF:piLHAPDFmember" default="0" min="0">
289 Further choice of a specific member from the set picked above.
290 </modeopen>   
291
292 <h3>Parton densities for Pomerons</h3>
293
294 The Pomeron is introduced in the description of diffractive events, 
295 i.e. a diffractive system is viewed as a Pomeron-proton collision at a 
296 reduced CM energy. Here the PDF's are even less well known. 
297 Most experimental parametrizations are NLO, which makes them less
298 well suited for Monte Carlo applications. Furthemore note that 
299 the momentum sum is arbitrarily normalized to a non-unity value.
300
301 <modepick name="PDF:PomSet" default="6" min="1" max="6">
302 Parton densities that can be used for Pomeron beams. 
303 <option value="1"><ei>Q^2</ei>-independent parametrizations
304 <ei>xf(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>, where <ei>N_ab</ei> ensures
305 unit momentum sum. The <ei>a</ei> and <ei>b</ei> parameters can be 
306 set separately for the gluon and the quark distributions. The
307 momentum fraction of gluons and quarks can be freely mixed, and 
308 production of <ei>s</ei> quarks can be suppressed relative to 
309 that of <ei>d</ei> and <ei>u</ei> ones, with antiquarks as likely 
310 as quarks. See further below how to set the six parameters of this 
311 approach.
312 </option>
313 <option value="2"><ei>pi0</ei> distributions, as specified in the 
314 section above.
315 </option>
316 <option value="3">the H1 2006 Fit A NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
317 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
318 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
319 </option>
320 <option value="4">the H1 2006 Fit B NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
321 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
322 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
323 </option>
324 <option value="5">the H1 2007 Jets NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
325 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P07</ref>,
326 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
327 </option>
328 <option value="6">the H1 2006 Fit B LO <ei>Q^2</ei>-dependent 
329 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
330 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
331 </option>
332 </modepick> 
333
334 <parm name="PDF:PomGluonA" default="0." min="-0.5" max="2.">
335 the parameter <ei>a</ei> in the ansatz <ei>xg(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
336 for option 1 above.
337 </parm>
338
339 <parm name="PDF:PomGluonB" default="3." min="0." max="10.">
340 the parameter <ei>b</ei> in the ansatz <ei>xg(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
341 for option 1 above.
342 </parm>
343
344 <parm name="PDF:PomQuarkA" default="0." min="-0.5" max="2.">
345 the parameter <ei>a</ei> in the ansatz <ei>xq(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
346 for option 1 above.
347 </parm>
348
349 <parm name="PDF:PomQuarkB" default="3." min="0." max="10.">
350 the parameter <ei>b</ei> in the ansatz <ei>xq(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
351 for option 1 above.
352 </parm>
353
354 <parm name="PDF:PomQuarkFrac" default="0.2" min="0." max="1.">
355 the fraction of the Pomeron momentum carried by quarks 
356 for option 1 above, with the rest carried by gluons.
357 </parm>
358
359 <parm name="PDF:PomStrangeSupp" default="0.5" min="0." max="1.">
360 the suppression of the <ei>s</ei> quark density relative to that of the 
361 <ei>d</ei> and <ei>u</ei> ones for option 1 above.
362 </parm>
363
364 <parm name="PDF:PomRescale" default="1.0" min="0.5" max="5.0">
365 Rescale the four H1 fits above by this uniform factor, e.g. to bring 
366 up their momentum sum to around unity. By default all three have
367 a momentum sum of order 0.5, suggesting that a factor around 2.0
368 should be used. You can use <code>examples/main51.cc</code> to get
369 a more precise value. Note that also other parameters in the 
370 <aloc href="Diffraction">diffraction</aloc> framework may need to
371 be retuned when this parameter is changed.
372 </parm>
373
374 <h3>Parton densities for leptons</h3>
375
376 For electrons/muons/taus there is no need to choose between different 
377 parametrizations, since only one implementation is available, and 
378 should be rather uncontroversial (apart from some technical details).
379 However, insofar as e.g. <ei>e^+ e^-</ei> data often are corrected 
380 back to a world without any initial-state photon radiation, it is 
381 useful to have a corresponding option available here.
382
383 <flag name="PDF:lepton" default="on">
384 Use parton densities for lepton beams or not. If off the colliding
385 leptons carry the full beam energy, if on part of the energy is 
386 radiated away by initial-state photons. In the latter case the
387 initial-state showers will generate the angles and energies of the
388 set of photons that go with the collision. In addition one collinear
389 photon per beam carries any leftover amount of energy not described
390 by shower emissions. If the initial-state showers are switched off 
391 these collinear photons will carry the full radiated energy.  
392 </flag> 
393
394 <p/>
395 Neutrinos are always taken pointlike. Do note that the phase space 
396 selection machinery currently does not allow one resolved and one 
397 unresolved beam. For lepton-neutrino collisions to work you must 
398 therefore set <code>PDF:lepton = off</code>.
399
400 <h3>Incoming parton selection</h3>
401
402 There is one useful degree of freedom to restrict the set of incoming 
403 quark flavours for hard processes. It does not change the PDF's as such, 
404 only which quarks are allowed to contribute to the hard-process cross 
405 sections. Note that separate but similarly named modes are available 
406 for multiparton interactions and spacelike showers.
407
408 <modeopen name="PDFinProcess:nQuarkIn" default="5" min="0" max="5">
409 Number of allowed incoming quark flavours in the beams; a change 
410 to 4 would thus exclude <ei>b</ei> and <ei>bbar</ei> as incoming 
411 partons, etc.
412 </modeopen>
413
414 </chapter>
415
416 <!-- Copyright (C) 2012 Torbjorn Sjostrand -->