]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - PYTHIA8/pythia8170/xmldoc/ParticleDecays.xml
Update to pythi8.170
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8170 / xmldoc / ParticleDecays.xml
1 <chapter name="Particle Decays">
2
3 <h2>Particle Decays</h2>
4
5 The <code>ParticleDecays</code> class performs the sequential decays of 
6 all unstable hadrons produced in the string fragmentation stage,
7 i.e. up to and including <ei>b</ei> hadrons and their decay products, 
8 such as the <ei>tau</ei> lepton. It is not to be used for the decay of 
9 more massive <aloc href="ResonanceDecays">resonances</aloc>, such as top, 
10 <ei>Z^0</ei> or SUSY, where decays must be performed already at the 
11 <code>ProcessLevel</code> of the event generation.
12
13 <p/>
14 The decay description essentially copies the one present in 
15 PYTHIA since many years, but with some improvements, e.g. in the decay
16 tables and the number of decay models available. Recently a more
17 sophisticated handling of <ei>tau</ei> decays has also been introduced.
18 Some issues may need further polishing.
19
20 <h3>Variables determining whether a particle decays</h3>
21
22 Before a particle is actually decayed, a number of checks are made.
23
24 <p/>
25 (i) Decay modes must have been defined for the particle kind;    
26 tested by the <code>canDecay()</code> method of <code>Event</code> 
27 (and <code>ParticleData</code>).        
28
29 <p/>
30 (ii) The main switch for allowing this particle kind to decay must 
31 be on; tested by the <code>mayDecay()</code> method of <code>Event</code> 
32 (and <code>ParticleData</code>). 
33
34 <p/>
35 (iii) Particles may be requested to have a nominal proper lifetime 
36 <ei>tau0</ei> below a threshold.
37
38 <flag name="ParticleDecays:limitTau0" default="off">
39 When on, only particles with <ei>tau0 &lt; tau0Max</ei> are decayed.
40 </flag>
41
42 <parm name="ParticleDecays:tau0Max" default="10." min="0.">
43 The above <ei>tau0Max</ei>, expressed in mm/c.
44 </parm>
45
46 <p/>
47 (iv) Particles may be requested to have an actual proper lifetime 
48 <ei>tau</ei> below a threshold.
49
50 <flag name="ParticleDecays:limitTau" default="off">
51 When on, only particles with <ei>tau &lt; tauMax</ei> are decayed.
52 </flag>
53
54 <parm name="ParticleDecays:tauMax" default="10." min="0."> 
55 The above <ei>tauMax</ei>, expressed in mm/c.<br/>
56 In order for this and the subsequent tests to work, a <ei>tau</ei> 
57 is selected and stored for each particle, whether in the end it
58 decays or not. (If each test would use a different temporary 
59 <ei>tau</ei> it would lead to inconsistencies.)
60 </parm>
61
62 <p/>
63 (v) Particles may be requested to decay within a given distance 
64 of the origin.
65
66 <flag name="ParticleDecays:limitRadius" default="off">
67 When on, only particles with a decay within a radius <ei>r &lt; rMax</ei> 
68 are decayed. There is assumed to be no magnetic field or other 
69 detector effects.
70 </flag>
71
72 <parm name="ParticleDecays:rMax" default="10." min="0.">
73 The above <ei>rMax</ei>, expressed in mm.
74 </parm> 
75
76 <p/>
77 (vi) Particles may be requested to decay within a given cylidrical 
78 volume around the origin.
79
80 <flag name="ParticleDecays:limitCylinder" default="off">
81 When on, only particles with a decay within a volume limited by
82 <ei>rho = sqrt(x^2 + y^2) &lt; xyMax</ei> and <ei>|z| &lt; zMax</ei> 
83 are decayed. There is assumed to be no magnetic field or other 
84 detector effects.
85 </flag>
86
87 <parm name="ParticleDecays:xyMax" default="10." min="0.">
88 The above <ei>xyMax</ei>, expressed in mm.
89 </parm> 
90
91 <parm name="ParticleDecays:zMax" default="10." min="0.">
92 The above <ei>zMax</ei>, expressed in mm.
93 </parm> 
94
95 <h3>Mixing</h3>
96
97 <flag name="ParticleDecays:mixB" default="on">
98 Allow or not <ei>B^0 - B^0bar</ei> and <ei>B_s^0 - B_s^0bar</ei> mixing.
99 </flag>
100
101 <parm name="ParticleDecays:xBdMix" default="0.776" min="0.74" max="0.81">
102 The mixing parameter <ei>x_d = Delta(m_B^0)/Gamma_B^0</ei> in the 
103 <ei>B^0 - B^0bar</ei> system. (Default from RPP2006.)
104 </parm> 
105
106 <parm name="ParticleDecays:xBsMix" default="26.05" min="22.0" max="30.0"> 
107 The mixing parameter <ei>x_s = Delta(m_B_s^0)/Gamma_B_s^0</ei> in the 
108 <ei>B_s^0 - B_s^0bar</ei> system. (Delta-m from CDF hep-ex-0609040,
109 Gamma from RPP2006.)
110 </parm> 
111
112 <h3>Tau decays</h3>
113
114 A new machinery has been introduced to handle <ei>tau</ei> lepton decays, 
115 with helicity information related to the production process and with
116 the form of the hadronic current fitted to data. It is largely based
117 on the corresponding Herwig++ implementation <ref>Gre07</ref>, with
118 some input from Tauola <ref>Jad90</ref>. A complete writeup is 
119 in preparation <ref>Ilt11</ref>. 
120
121 <p/>
122 For <ei>tau</ei>s in external processes, interfaced with Les Houches 
123 Acccord information available, e.g. via Les Houches Event Files (LHEF), 
124 the new machinery interprets the SPINUP number for <ei>tau</ei> leptons 
125 as giving their helicity, and decays them accordingly. The only exceptions 
126 are when a specific polarization is forced by the user (see below), 
127 which then overrides the SPINUP value, or when SPINUP has the special 
128 value 9 (unpolarized). In the latter case, PYTHIA defaults back to 
129 attempting to determine the helicity structure from the production 
130 process, in the same way as for internal processes.
131
132 <p/>
133 This new machinery is on by default, but it is possible to revert to 
134 the simpler old decay handling, e.g. to study differences. Furthermore
135 the spin tracing framework does not yet cover all possibilities; notably 
136 it cannot handle taus coming from SUSY decay chains 
137 (except via LHEF), so it makes sense 
138 to switch off the new machinery in such instances, for speed reasons if 
139 nothing else. In case only one tau mother species is undefined, the 
140 polarization involved can be set by hand.
141
142 <modepick name="ParticleDecays:sophisticatedTau" default="1" min="0" max="3">
143 Choice of <ei>tau</ei> decay model.
144 <option value="0">old decay model, with isotropic decays. 
145 When reading LHEF files, the SPINUP digit will be ignored.</option>
146 <option value="1">sophisticated decays where <ei>tau</ei> polarization is 
147 calculated from the <ei>tau</ei> production mechanism. 
148 When reading LHEF files, the SPINUP digit will be used.
149 </option>
150 <option value="2">sophisticated decays as above, but additionally <ei>tau</ei> 
151 polarization is set to <code>ParticleDecaus:tauPolarization</code> for 
152 <ei>tau</ei>s produced from <code>ParticleDecays:tauMother</code>. 
153 When reading LHEF files, this overrides the SPINUP digit. 
154 </option>
155 <option value="3">sophisticated decays where <ei>tau</ei> polarization is set 
156 to <code>ParticleDecaus:tauPolarization</code> for all <ei>tau</ei> decays. 
157 When reading LHEF files, this overrides the SPINUP digit. 
158 </option>
159 <note>Note</note>: options <code>2</code> and <code>3</code>, 
160 to force a specific <ei>tau</ei> polarization, only affect the decay 
161 of the <ei>tau</ei>. The angular distribution of the <ei>tau</ei> itself, 
162 given by its production, is not modified by these options. If you want, e.g., 
163 a righthanded <ei>W</ei>, or a SUSY decay chain, the kinematics should 
164 be handled by the corresponding cross section class(es), supplemented by 
165 the resonance decay one(s). The options here could then still be used 
166 to ensure the correct polarization at the <ei>tau</ei> decay stage.
167 </modepick>
168
169 <parm name="ParticleDecays:tauPolarization" default="0" min="-1." max="1.">
170 Polarization of the <ei>tau</ei> when mode <ei>2</ei> or <ei>3</ei> of 
171 <code>ParticleDecays:sophisticatedTau</code> is selected.
172 </parm>
173
174 <modeopen name="ParticleDecays:tauMother" default="0" min="0">
175 Mother of the <ei>tau</ei> for forced polarization when mode <ei>2</ei> of 
176 <code>ParticleDecays:sophisticatedTau</code> is selected. You should give the
177 positive identity code; to the extent an antiparticle exists it will
178 automatically obtain the inverse polarization.
179 </modeopen>
180
181 <h3>Other variables</h3>
182
183 <parm name="ParticleDecays:mSafety" default="0.0005" min="0." max="0.01">
184 Minimum mass difference required between the decaying mother mass 
185 and the sum of the daughter masses, kept as a safety margin to avoid
186 numerical problems in the decay generation.
187 </parm> 
188
189 <parm name="ParticleDecays:sigmaSoft" default="0.5" min="0.2" max="2.">
190 In semileptonic decays to more than one hadron, such as 
191 <ei>B -> nu l D pi</ei>, decay products after the first three are 
192 dampened in momentum by an explicit weight factor 
193 <ei>exp(-p^2/sigmaSoft^2)</ei>, where <ei>p</ei> is the 
194 three-momentum in the rest frame of the decaying particle.
195 This takes into account that such further particles come from the
196 fragmentation of the spectator parton and thus should be soft.   
197 </parm> 
198
199 <p/>
200 When a decay mode is defined in terms of a partonic content, a random 
201 multiplicity (and a random flavour set) of hadrons is to be picked, 
202 especially for some charm and bottom decays. This is done according to 
203 a Poissonian distribution, for <ei>n_p</ei> normal particles and 
204 <ei>n_q</ei> quarks the average value is chosen as  
205 <eq>
206   n_p/ 2 + n_q/4 + multIncrease * ln ( mDiff / multRefMass)
207 </eq>
208 with <ei>mDiff</ei> the difference between the decaying particle mass 
209 and the sum of the normal-particle masses and the constituent quark masses. 
210 For gluonic systems <ei>multGoffset</ei> offers and optional additional 
211 term to the multiplicity. The lowest possible multiplicity is 
212 <ei>n_p + n_q/2</ei> (but at least 2) and the highest possible 10.
213 If the picked hadrons have a summed mass above that of the mother a 
214 new try is made, including a new multiplicity. These constraints 
215 imply that the actual average multiplicity does not quite agree with
216 the formula above.
217
218 <parm name="ParticleDecays:multIncrease" default="4." min="2." max="6.">
219 The above <ei>multIncrease</ei> parameter, except for 
220 <code>meMode = 23</code>.
221 </parm> 
222
223 <parm name="ParticleDecays:multIncreaseWeak" default="2.5" min="1." max="4.">
224 The above <ei>multIncrease</ei> parameter, specifically for 
225 <code>meMode = 23</code>. Here the weak decay implies that only the 
226 virtual W mass should contribute to the production of new particles, 
227 rather than the full meson mass.
228 </parm> 
229
230 <parm name="ParticleDecays:multRefMass" default="0.7"min="0.2" max="2.0">
231 The above <ei>multRefMass</ei> parameter.
232 </parm> 
233
234 <parm name="ParticleDecays:multGoffset" default="0.5" min="0.0" max="2.0">
235 The above <ei>multGoffset</ei> parameter.
236 </parm> 
237
238 <parm name="ParticleDecays:colRearrange" default="0.5" min="0." max="1.0">
239 When a decay is given as a list of four partons to be turned into
240 hadrons (primarily for modes 41 - 80)  it is assumed that they are 
241 listed in pairs, as a first and a second colour singlet, which could 
242 give rise to separate sets of hadrons. Here <ei>colRearrange</ei> is 
243 the probability that this original assignment is not respected, and 
244 default corresponds to no memory of this original colour topology.
245 </parm> 
246
247 <flag name="ParticleDecays:FSRinDecays" default="true">
248 When a particle decays to <ei>q qbar</ei>, <ei>g g</ei>, <ei>g g g</ei> 
249 or <ei>gamma g g</ei>, with <code>meMode > 90</code>, allow or not a 
250 shower to develop from it, before the partonic system is hadronized. 
251 (The typical example is <ei>Upsilon</ei> decay.)
252 </flag>
253
254 In addition, some variables defined for string fragmentation and for
255 flavour production are used also here.
256  
257 <h3>Modes for Matrix Element Processing</h3>
258
259 Some decays can be treated better than what pure phase space allows,
260 by reweighting with appropriate matrix elements. In others a partonic
261 content has to be converted to a set of hadrons. The presence of such
262 corrections is signalled by a nonvanishing <code>meMode()</code> value
263 for a decay mode in the <aloc href="ParticleDataScheme">particle
264 data table</aloc>. The list of allowed possibilities almost agrees with the 
265 PYTHIA 6 ones, but several obsolete choices have been removed, 
266 a few new introduced, and most have been moved for better consistency. 
267 Here is the list of currently allowed <code>meMode()</code> codes:
268 <ul>
269 <li>  0 : pure phase space of produced particles ("default");
270 input of partons is allowed and then the partonic content is 
271 converted into the minimal number of hadrons (i.e. one per
272 parton pair, but at least two particles in total)</li>
273 <li>  1 : <ei>omega</ei> and <ei>phi -> pi+ pi- pi0</ei></li>
274 <li>  2 : polarization in <ei>V -> PS + PS</ei> (<ei>V</ei> = vector, 
275 <ei>PS</ei> = pseudoscalar), when <ei>V</ei> is produced by 
276 <ei>PS -> PS + V</ei> or <ei>PS -> gamma + V</ei></li>
277 <li> 11 : Dalitz decay into one particle, in addition to the 
278 lepton pair (also allowed to specify a quark-antiquark pair that 
279 should collapse to a single hadron)</li>
280 <li> 12 : Dalitz decay into two or more particles in addition 
281 to the lepton pair</li>
282 <li> 13 : double Dalitz decay into two lepton pairs</li>
283 <li> 21 : decay to phase space, but weight up <ei>neutrino_tau</ei> spectrum
284 in <ei>tau</ei> decay</li>
285 <li> 22 : weak decay; if there is a quark spectator system it collapses to 
286 one hadron; for leptonic/semileptonic decays the <ei>V-A</ei> matrix element
287 is used, for hadronic decays simple phase space</li>
288 <li> 23 : as 22, but require at least three particles in decay</li>
289 <li> 31 : decays of type B -> gamma X, very primitive simulation where
290 X is given in terms of its flavour content, the X multiplicity is picked 
291 according to a geometrical distribution with average number 2, and 
292 the photon energy spectrum is weighted up relative to pure phase space</li>
293 <li> 42 - 50 : turn partons into a random number of hadrons, picked according 
294 to a Poissonian with average value as described above, but at least 
295 <code>code</code> - 40 and at most 10, and then distribute then in pure 
296 phase space; make a new try with another multiplicity if the sum of daughter
297 masses exceed the mother one </li>
298 <li> 52 - 60 : as 42 - 50, with multiplicity between <code>code</code> - 50 
299 and 10, but avoid already explicitly listed non-partonic channels</li>
300 <li> 62 - 70 : as 42 - 50, but fixed multiplicity <code>code</code> - 60</li>
301 <li> 72 - 80 : as 42 - 50, but fixed multiplicity <code>code</code> - 70,
302 and avoid already explicitly listed non-partonic channels</li>
303 <li> 91 : decay to <ei>q qbar</ei> or <ei>g g</ei>, which should shower 
304 and hadronize</li>
305 <li> 92 : decay onium to <ei>g g g</ei> or <ei>g g gamma</ei> 
306 (with matrix element), which should shower and hadronize</li>
307 <li> 100 - : reserved for the description of partial widths of 
308 <aloc href="ResonanceDecays">resonances</aloc></li>
309 </ul>
310
311 Three special decay product identity codes are defined.
312 <ul>
313 <li>81: remnant flavour. Used for weak decays of c and b hadrons, where the
314 c or b quark decays and the other quarks are considered as a spectator
315 remnant in this decay. In practice only used for baryons with multiple 
316 c and b quarks, which presumably would never be used, but have simple
317 (copied) just-in-case decay tables. Assumed to be last decay product.</li> 
318 <li>82: random flavour, picked by the standard fragmentation flavour
319 machinery, used to start a sequence of hadrons, for matrix element
320 codes in 41 - 80. Assumed to be first decay product, with -82 as second
321 and last. Where multiplicity is free to be picked it is selected as for
322 normal quarkonic systems. Currently unused.</li>  
323 <li>83: as for 82, with matched pair 83, -83 of decay products. The 
324 difference is that here the pair is supposed to come from a closed gluon 
325 loop (e.g. <ei>eta_c -> g g</ei>) and so have a somewhat higher average
326 multiplicity than the simple string assumed for 82, see the
327 <code>ParticleDecays:multGoffset</code> parameter above.</li>
328 </ul>
329
330 </chapter>
331
332 <!-- Copyright (C) 2012 Torbjorn Sjostrand -->
333