ISAJET/code/sigssy.F

   1 #include "isajet/pilot.h"
   2       SUBROUTINE SIGSSY
   3 C
   4 C          Calculate d(sigma)/d(pt**2)d(y1)d(y2) for supersymmetric
   5 C          particle pairs, including gluinos, gauginos, and squarks.
   6 C
   7 C          SIGMA    = cross section summed over types allowed by
   8 C                     JETTYPE cards (with natural equivalence.)
   9 C          SIGS(I)  = partial cross section for I1 + I2 --> I3 + I4
  10 C          INOUT(I) = IOPAK**3*I4 + IOPAK**2*I3 + IOPAK*I2 +I1
  11 C
  12 C          Extra factor of 1/2 needed for nonidentical final jets.
  13 C          Y=-log(tan(theta/2)) gives jacobean P1*P2/E1*E2
  14 C
  15 C          Dec. 1992: Use cross sections from Baer and Tata, Phys.
  16 C          Lett. 160B, 159; Phys. Rev. D42, 2259. These papers
  17 C          separate L and R squarks.
  18 C
  19 C          Gauginos are included only for MSSM. The cross sections are
  20 C          calculated in SIGSSZ, which is called from here.
  21 C
  22 #if defined(CERNLIB_IMPNONE)
  23       IMPLICIT NONE
  24 #endif
  25 #include "isajet/itapes.inc"
  26 #include "isajet/qcdpar.inc"
  27 #include "isajet/jetpar.inc"
  28 #include "isajet/primar.inc"
  29 #include "isajet/q1q2.inc"
  30 #include "isajet/jetsig.inc"
  31 #include "isajet/const.inc"
  32 #include "isajet/qsave.inc"
  33 #include "isajet/wcon.inc"
  34 #include "isajet/sstype.inc"
  35 #include "isajet/xmssm.inc"
  36 C
  37       REAL X(2)
  38       INTEGER IDQ(13),IDQSS(25),JS2JT(25)
  39       EQUIVALENCE (X(1),X1)
  40       LOGICAL LLRR
  41       REAL QFCN,STRUC,AMASS,FQG
  42       REAL AMG,SIG0,SIGR,AM1,SIG,FAC,AMQ,AM,AM2,AMQ2,S,T,U,AMG2,E1,E2,
  43      $AMSQ,AM1SQ,AM2SQ,SIGL
  44       INTEGER IFL1,IFL2,IQ1,IQ2,JQ1,JQ2,I,IFLQ1,IFLQ2,IH,IQ,
  45      $JQ,JQIN1,JQIN2
  46 C
  47 C          IDENT codes from /SSTYPE/. (Fortran 77 allows - signs in
  48 C          parameter statements but not data statements.)
  49       INTEGER MSUPL,MSDNL,MSSTL,MSCHL,MSBT1,MSTP1,
  50      $MSUPR,MSDNR,MSSTR,MSCHR,MSBT2,MSTP2,
  51      $MDUP,MDDN,MDST,MDCH,MDBT,MDTP
  52       PARAMETER (MSUPL=-ISUPL)
  53       PARAMETER (MSDNL=-ISDNL)
  54       PARAMETER (MSSTL=-ISSTL)
  55       PARAMETER (MSCHL=-ISCHL)
  56       PARAMETER (MSBT1=-ISBT1)
  57       PARAMETER (MSTP1=-ISTP1)
  58       PARAMETER (MSUPR=-ISUPR)
  59       PARAMETER (MSDNR=-ISDNR)
  60       PARAMETER (MSSTR=-ISSTR)
  61       PARAMETER (MSCHR=-ISCHR)
  62       PARAMETER (MSBT2=-ISBT2)
  63       PARAMETER (MSTP2=-ISTP2)
  64       PARAMETER (MDUP=-IDUP)
  65       PARAMETER (MDDN=-IDDN)
  66       PARAMETER (MDST=-IDST)
  67       PARAMETER (MDCH=-IDCH)
  68       PARAMETER (MDBT=-IDBT)
  69       PARAMETER (MDTP=-IDTP)
  70       DATA IDQSS/0,
  71      $ISUPL,MSUPL,ISDNL,MSDNL,ISSTL,MSSTL,ISCHL,MSCHL,ISBT1,MSBT1,
  72      $ISTP1,MSTP1,
  73      $ISUPR,MSUPR,ISDNR,MSDNR,ISSTR,MSSTR,ISCHR,MSCHR,ISBT2,MSBT2,
  74      $ISTP2,MSTP2/
  75       DATA IDQ/IDGL,IDUP,MDUP,IDDN,MDDN,IDST,MDST,IDCH,MDCH,
  76      $IDBT,MDBT,IDTP,MDTP/
  77 C          JS2JT: Susy jettype -> normal jettype
  78       DATA JS2JT/1,
  79      $2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13/
  80 C
  81 C          Functions
  82       QFCN(IQ,IH)=STRUC(X(IH),QSQ,IQ,IDIN(IH))/X(IH)
  83       FQG(S,T,U)=((16./3.)*(1./(U*T)**2+1./(S*U)**2)
  84      $+2.*(-2./3.)/(S*T*U**2))*(-U*S*T**2+2.*U*S*T*(AMG2-AMQ2)
  85      $-2.*U*S*(AMG2-AMQ2)**2-2.*S**2*AMG2*(AMG2-AMQ2))
  86 C
  87 C          Initialize
  88 C
  89       SIGMA=0.
  90       NSIGS=0
  91       DO 100 I=1,MXSIGS
  92         SIGS(I)=0.
  93 100   CONTINUE
  94 C
  95 C          Gluino + gluino
  96 C
  97       IF(.NOT.(GOQ(1,1).AND.GOQ(1,2))) GO TO 300
  98       AM=AMASS(ISGL)
  99       CALL TWOKIN(0.,0.,AM,AM)
 100       IF(X1.GE.1..OR.X2.GE.1.) GO TO 300
 101       AM2=AM**2
 102       S=SHAT
 103       T=THAT
 104       U=UHAT
 105       E1=SQRT(P(1)**2+AM2)
 106       E2=SQRT(P(2)**2+AM2)
 107       FAC=PI*ALFQSQ**2/S**2
 108       FAC=FAC*(S/SCM)*(P(1)*P(2)/(E1*E2))*UNITS
 109 C
 110 C          gl gl ---> glss glss
 111       SIG=9./4.*(2.*(T-AM2)*(U-AM2)/S**2
 112      $+((T-AM2)*(U-AM2)-2.*AM2*(T+AM2))/(T-AM2)**2
 113      $+((U-AM2)*(T-AM2)-2.*AM2*(U+AM2))/(U-AM2)**2
 114      $+((T-AM2)*(U-AM2)+AM2*(U-T))/(S*(T-AM2))
 115      $+((U-AM2)*(T-AM2)+AM2*(T-U))/(S*(U-AM2))
 116      $+AM2*(S-4*AM2)/((T-AM2)*(U-AM2)))
 117       SIG=.5*FAC*SIG*QFCN(1,1)*QFCN(1,2)
 118       CALL SIGFIL(SIG,1,1,1,1)
 119 C
 120 C          qk qb ---> glss glss
 121       DO 220 IQ=1,5
 122         IQ1=2*IQ
 123         IQ2=IQ1+1
 124 C          Left squark exchange
 125         AMQ=AMASS(IDQSS(IQ1))
 126         AMQ2=AMQ**2
 127         SIGL=(8./3.)*((T-AM2)**2+(U-AM2)**2+2.*AM2*S)/(S**2)
 128      $  +(32./27.)*(T-AM2)**2/(T-AMQ2)**2
 129      $  +(32./27.)*(U-AM2)**2/(U-AMQ2)**2
 130      $  +(8./3.)*((T-AM2)**2+AM2*S)/(S*(T-AMQ2))
 131      $  +(8./3.)*((U-AM2)**2+AM2*S)/(S*(U-AMQ2))
 132      $  +(8./27.)*AM2*S/((T-AMQ2)*(U-AMQ2))
 133         SIGL=.5*FAC*SIGL
 134 C          Right squark exchange
 135         AMQ=AMASS(IDQSS(IQ1+12))
 136         AMQ2=AMQ**2
 137         SIGR=(8./3.)*((T-AM2)**2+(U-AM2)**2+2.*AM2*S)/(S**2)
 138      $  +(32./27.)*(T-AM2)**2/(T-AMQ2)**2
 139      $  +(32./27.)*(U-AM2)**2/(U-AMQ2)**2
 140      $  +(8./3.)*((T-AM2)**2+AM2*S)/(S*(T-AMQ2))
 141      $  +(8./3.)*((U-AM2)**2+AM2*S)/(S*(U-AMQ2))
 142      $  +(8./27.)*AM2*S/((T-AMQ2)*(U-AMQ2))
 143         SIGR=.5*FAC*SIGR
 144         SIG0=.5*(SIGL+SIGR)
 145 C          Total
 146         SIG=SIG0*QFCN(IQ1,1)*QFCN(IQ2,2)
 147         CALL SIGFIL(SIG,IQ1,IQ2,1,1)
 148         SIG=SIG0*QFCN(IQ2,1)*QFCN(IQ1,2)
 149         CALL SIGFIL(SIG,IQ2,IQ1,1,1)
 150 220   CONTINUE
 151 C
 152 C          Scalar quark + scalar (anti)quark
 153 C
 154 300   CONTINUE
 155       AMG=AMASS(ISGL)
 156       AMG2=AMG**2
 157 C          IQ1 and IQ2 loop over left and right (anti)squarks
 158       DO 310 IQ1=2,25
 159       DO 320 IQ2=2,25
 160         IF(.NOT.(GOQ(IQ1,1).AND.GOQ(IQ2,2))) GO TO 320
 161         JQ1=JS2JT(IQ1)
 162         JQ2=JS2JT(IQ2)
 163 C        IF(JQ1.GE.12.OR.JQ2.GE.12) GO TO 320
 164         IFL1=IDQSS(IQ1)
 165         IFL2=IDQSS(IQ2)
 166         IFLQ1=IDQ(JQ1)
 167         IFLQ2=IDQ(JQ2)
 168 C          LLRR is true for left-left or right-right
 169         IF((IQ1.LE.13.AND.IQ2.LE.13).OR.(IQ1.GT.13.AND.IQ2.GT.13))
 170      $  THEN
 171           LLRR=.TRUE.
 172         ELSE
 173           LLRR=.FALSE.
 174         ENDIF
 175 C          Kinematics
 176         AM1=AMASS(IFL1)
 177         AM2=AMASS(IFL2)
 178         AM=AM1
 179         CALL TWOKIN(0.,0.,AM1,AM2)
 180         IF(X1.GE.1..OR.X2.GE.1.) GO TO 320
 181         AMSQ=AM**2
 182         AM1SQ=AM1**2
 183         AM2SQ=AM2**2
 184         S=SHAT
 185         T=THAT
 186         U=UHAT
 187         E1=SQRT(P(1)**2+AM1SQ)
 188         E2=SQRT(P(2)**2+AM2SQ)
 189         FAC=PI*ALFQSQ**2/S**2
 190         FAC=FAC*(S/SCM)*(P(1)*P(2)/(E1*E2))*UNITS
 191 C
 192 C          gl gl ---> qkss qbss
 193 C
 194         IF(IFL1.EQ.-IFL2) THEN
 195           SIG=(7./48.+3.*(U-T)**2/(16.*S**2))
 196      $    *(1.+2.*AMSQ*T/(T-AMSQ)**2+2.*AMSQ*U/(U-AMSQ)**2
 197      $    +4.*AMSQ**2/((T-AMSQ)*(U-AMSQ)))
 198           SIG=SIG*FAC*QFCN(1,1)*QFCN(1,2)
 199           SIG=.5*SIG
 200 C          Another .5 to sum over L and R
 201           SIG=.5*SIG
 202           CALL SIGFIL(SIG,1,1,IQ1,IQ2)
 203         ENDIF
 204 C
 205 C          qk qb ---> qkss qbss
 206 C
 207         IF(IFLQ1.EQ.-IFLQ2.AND.LLRR) THEN
 208 C          Identical squark-antisquark, LL or RR
 209           SIG=(2./9.)*(1/(T-AMG2)**2+2/S**2-2/(3*S*(T-AMG2)))
 210      $     *(-S*T-(T-AMSQ)**2)*FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 211           SIG=.5*SIG
 212           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 213           SIG=(2./9.)*(1/(U-AMG2)**2+2/S**2-2/(3*S*(U-AMG2)))
 214      $     *(-S*U-(U-AMSQ)**2)*FAC*QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 215           SIG=.5*SIG
 216           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 217         ELSEIF(IFLQ1.EQ.-IFLQ2.AND..NOT.LLRR) THEN
 218 C          Identical squark-antisquark, LR or RL
 219           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(T-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 220         SIG=.5*SIG
 221           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 222           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(U-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 223           SIG=.5*SIG
 224           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 225         ELSEIF(IFLQ1.EQ.IFLQ2.AND.LLRR) THEN
 226 C          Identical squark-squark, LL or RR
 227           SIG=(1./9.)*AMG2*S*(1/(T-AMG2)**2+1/(U-AMG2)**2
 228      $    -(2./3.)/((T-AMG2)*(U-AMG2)))*FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 229           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 230         ELSEIF(IFLQ1.EQ.IFLQ2.AND..NOT.LLRR) THEN
 231 C          Identical squark-squark, LR or RL
 232           SIG=(2./9.)*(1/(T-AMG2)**2*(-S*T-(T-AM1SQ)*(T-AM2SQ))
 233      $    +1/(U-AMG2)**2*(-S*U-(U-AM1SQ)*(U-AM2SQ)))
 234      $    *FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 235           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 236         ELSEIF(IFL1*IFL2.LT.0.AND.LLRR) THEN
 237 C          Nonidentical squark-antisquark, LL or RR
 238           SIG=(2./9.)*(-S*T-(T-AM1SQ)*(T-AM2SQ))/(T-AMG2)**2*FAC
 239      $    *QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 240           SIG=.5*SIG
 241           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 242           SIG=(2./9.)*(-S*U-(U-AM1SQ)*(U-AM2SQ))/(U-AMG2)**2*FAC
 243      $    *QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 244           SIG=.5*SIG
 245           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 246         ELSEIF(IFL1*IFL2.LT.0.AND..NOT.LLRR) THEN
 247 C          Nonidentical squark-antisquark, LR or RL
 248           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(T-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 249           SIG=.5*SIG
 250           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 251           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(U-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 252           SIG=.5*SIG
 253           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 254         ELSEIF(IFL1*IFL2.GT.0.AND.LLRR) THEN
 255 C          Nonidentical squark-squark, LL or RR
 256           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(T-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 257           SIG=.5*SIG
 258           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 259           SIG=(2./9.)*AMG2*S/(U-AMG2)**2*FAC*QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 260           SIG=.5*SIG
 261           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 262         ELSEIF(IFL1*IFL2.GT.0.AND..NOT.LLRR) THEN
 263 C          Nonidentical squark-squark, LR or RL
 264           SIG=(2./9.)*(-S*T-(T-AM1SQ)*(T-AM2SQ))/(T-AMG2)**2*FAC
 265      $    *QFCN(JQ1,1)*QFCN(JQ2,2)
 266           SIG=.5*SIG
 267           CALL SIGFIL(SIG,JQ1,JQ2,IQ1,IQ2)
 268           SIG=(2./9.)*(-S*U-(U-AM1SQ)*(U-AM2SQ))/(U-AMG2)**2*FAC
 269      $    *QFCN(JQ2,1)*QFCN(JQ1,2)
 270           SIG=.5*SIG
 271           CALL SIGFIL(SIG,JQ2,JQ1,IQ1,IQ2)
 272         ELSE
 273           STOP99
 274         ENDIF
 275 C
 276 C          q1 + q1bar --> q2ss + q2ssbar
 277 C
 278         IF(IFLQ1.EQ.-IFLQ2.AND.LLRR) THEN
 279           DO 330 JQIN1=2,10,2
 280             IF(JQIN1.EQ.JQ1.OR.JQIN1.EQ.JQ2) GO TO 330
 281             JQIN2=MATCH(JQIN1,4)
 282             SIG=(4./9.)*(-S*T-(T-AM1SQ)**2)/S**2*FAC
 283      $      *QFCN(JQIN1,1)*QFCN(JQIN2,2)
 284             SIG=.5*SIG
 285             CALL SIGFIL(SIG,JQIN1,JQIN2,IQ1,IQ2)
 286             SIG=(4./9.)*(-S*U-(U-AM1SQ)**2)/S**2*FAC
 287      $      *QFCN(JQIN2,1)*QFCN(JQIN1,2)
 288             SIG=.5*SIG
 289             CALL SIGFIL(SIG,JQIN2,JQIN1,IQ1,IQ2)
 290 330       CONTINUE
 291         ENDIF
 292 320   CONTINUE
 293 310   CONTINUE
 294 C
 295 C          Scalar quark + gluino
 296 C
 297       AMG=AMASS(ISGL)
 298       AMG2=AMG**2
 299       DO 400 IQ=2,25
 300         AMQ=AMASS(IDQSS(IQ))
 301         AMQ2=AMQ**2
 302         JQ=JS2JT(IQ)
 303 C
 304 C          Jet 1 = scalar quark
 305         IF(.NOT.(GOQ(JQ,1).AND.GOQ(1,2))) GO TO 410
 306         CALL TWOKIN(0.,0.,AMQ,AMG)
 307         IF(X1.GE.1..OR.X2.GE.1.) GO TO 410
 308         S=SHAT
 309         E1=SQRT(P(1)**2+AMQ2)
 310         E2=SQRT(P(2)**2+AMG2)
 311         FAC=PI*ALFQSQ**2/S**2
 312         FAC=FAC*S/SCM*P(1)*P(2)/(E1*E2)*UNITS
 313 C
 314         T=THAT-AMQ2
 315         U=UHAT-AMG2
 316         SIG=FQG(S,T,U)*FAC/12.*QFCN(JQ,1)*QFCN(1,2)
 317         SIG=.5*SIG
 318         SIG=.5*SIG
 319         CALL SIGFIL(SIG,JQ,1,IQ,1)
 320 C
 321         T=UHAT-AMQ2
 322         U=THAT-AMG2
 323         SIG=FQG(S,T,U)*FAC/12.*QFCN(1,1)*QFCN(JQ,2)
 324         SIG=.5*SIG
 325         SIG=.5*SIG
 326         CALL SIGFIL(SIG,1,JQ,IQ,1)
 327 C
 328 C          Jet 2 = scalar quark
 329 410     IF(.NOT.(GOQ(1,1).AND.GOQ(JQ,2))) GO TO 400
 330         CALL TWOKIN(0.,0.,AMG,AMQ)
 331         IF(X1.GE.1..OR.X2.GE.1.) GO TO 400
 332         S=SHAT
 333         E1=SQRT(P(1)**2+AMG2)
 334         E2=SQRT(P(2)**2+AMQ2)
 335         FAC=PI*ALFQSQ**2/S**2
 336         FAC=FAC*S/SCM*P(1)*P(2)/(E1*E2)*UNITS
 337 C
 338         T=UHAT-AMQ2
 339         U=THAT-AMG2
 340         SIG=FQG(S,T,U)*FAC/12.*QFCN(1,1)*QFCN(JQ,2)
 341         SIG=.5*SIG
 342         SIG=.5*SIG
 343         CALL SIGFIL(SIG,1,JQ,1,IQ)
 344 C
 345         T=THAT-AMQ2
 346         U=UHAT-AMG2
 347         SIG=FQG(S,T,U)*FAC/12.*QFCN(JQ,1)*QFCN(1,2)
 348         SIG=.5*SIG
 349         SIG=.5*SIG
 350         CALL SIGFIL(SIG,JQ,1,1,IQ)
 351 400   CONTINUE
 352 C
 353 C          Calculate gaugino AND slepton cross sections only for MSSM
 354 C
 355       IF(GOMSSM) CALL SIGSSZ
 356       IF(GOMSSM) CALL SIGSSL
 357 C
 358       RETURN
 359       END