Merging the VirtualMC branch to the main development branch (HEAD)
[u/mrichter/AliRoot.git] / ISAJET / doc / isassdoc.doc
1 *
2 * $Id$
3 *
4 * $Log$
5 * Revision 1.2  1996/12/04 17:39:53  cernlib
6 * Version 7.22 from author
7 *
8 *
9 * This directory was created from /afs/cern.ch/user/m/mclareni/isajet/isajet.car patch isassdoc
10                              ISASUSY 7.21
11             Decay Modes in the Minimal Supersymmetric Model
12                                    
13                               Howard Baer
14                        Florida State University
15                          Talahassee, FL 32306
16                                    
17                             Frank E. Paige
18                     Brookhaven National Laboratory
19                             Upton, NY 11973
20                                    
21                            S.D. Protopopescu
22                     Brookhaven National Laboratory
23                             Upton, NY 11973
24
25                               Xerxes Tata
26                          University of Hawaii
27                           Honolulu, HI 96822
28
29
30
31       The code in patch ISASUSY of ISAJET calculates decay modes of
32 supersymmetric particles based on the work of H. Baer, M. Bisset, D.
33 Dzialo (Karatas), X. Tata, J. Woodside, and their collaborators. The
34 calculations assume the minimal supersymmetric extension of the
35 standard model.  Supersymmetric grand unification is assumed by
36 default in the chargino and neutralino mass matrices, although the
37 user can override this by specifying arbitrary U(1) and SU(2) gaugino
38 masses at the weak scale. The squark, left and right slepton and
39 sneutrino masses are treated as arbitrary.  Soft breaking masses are
40 input for the 3rd generation; mass eigenstates are computed from
41 these.  Most calculations are done at the tree level, but one-loop
42 results for gluino loop decays, H -> GM GM and H -> GL GL, loop
43 corrections to the Higgs mass spectrum and couplings, and QCD
44 corrections to H -> q qbar are included. The Higgs masses have been
45 calculated using the effective potential approximation including both
46 top and bottom Yukawa and mixing effects.  Mike Bisset and Xerxes Tata
47 have contributed the Higgs mass, couplings, and decay routines. Note
48 that e+e- annihilation to SUSY particles and SUSY Higgs bosons have
49 been included in ISAJET versions >7.11. The following are NOT included
50 in this version:
51
52     * WH and ZH Higgs production mechanisms in hadronic collisions
53
54     * Large tan(beta) solution (tan(beta)<=10 should be chosen)
55
56     * Non-degenerate 1st and 2nd generation sfermions
57
58 These and other processes may be added in future versions as the physics
59 interest warrants. Note that the details of the masses and the decay
60 modes can be quite sensitive to choices of standard model parameters
61 such as the QCD coupling ALFA3 and the quark masses.  To change these,
62 you must modify subroutine SSMSSM. By default, ALFA3=.12.
63
64       All the mass spectrum and branching ratio calculations in ISASUSY
65 are performed by the call to
66
67       SUBROUTINE SSMSSM(XM1,XM2,XMG,XMS,XMTL,XMTR,XMLL,XMLR,XMNL
68      $,XTANB,XMHA,XMU,XMT,XAT,XMBR,XAB,IALLOW)
69
70 where the following are taken to be independent parameters:
71
72       XM1    = U(1) gaugino mass
73              = computed from XMG if > 1E19
74       XM2    = SU(2) gaugino mass
75              = computed from XMG if > 1E19
76       XMG    = gluino mass
77       XMS    = common u,d,s,c squark mass
78       XMTL   = left soft breaking stop mass 
79       XMTR   = right soft breaking stop mass
80       XMBR   = right soft breaking sbottom mass
81       XMLL   = left slepton mass
82       XMLR   = right slepton mass
83       XMNL   = sneutrino mass
84       XTANB  = tan(beta) = ratio of vev's
85              = 1/R (of old Baer-Tata notation).
86       XMU    = mu = SUSY Higgs mass
87              = -2*m_1 of Baer et al.
88       XMHA   = pseudo-scalar Higgs mass
89       XMT    = top quark mass
90       XAT    = stop squark trilinear term
91       XAB    = sbottom squark trilinear term
92
93 The variable IALLOW is returned:
94
95       IALLOW = 1 if Z1SS is not LSP, 0 otherwise
96
97 All variables are of type REAL except IALLOW, which is INTEGER, and all
98 masses are in GeV. The notation is taken to correspond to that of Haber
99 and Kane, although the Tata Lagrangian is used internally. All other
100 standard model parameters are hard wired in this subroutine; they are
101 not obtained from the rest of ISAJET. The theoretically favored range of
102 these parameters is
103
104       50 < M(gluino) < 2000 GeV
105       50 < M(squark) < 2000 GeV
106       50 < M(slepton) < 2000 GeV
107       -1000 < mu < 1000 GeV
108       1 < tan(beta) < mt/mb
109       100 < M(top) < 200 GeV
110       50 < M(HA) < 1000 GeV
111       M(t_l), M(t_r) < M(squark)
112       M(b_r) ~ M(squark)
113       -1000 < A_t < 1000 GeV
114       -1000 < A_b < 1000 GeV
115
116 It is assumed that the lightest supersymmetric particle is the lightest
117 neutralino Z1. Some choices of the above parameters may violate this
118 assumption, yielding a light chargino or light stop squark lighter than
119 Z1SS. In such cases SSMSSM does not compute any branching ratios and
120 returns IALLOW = 1.
121
122       SSMSSM does not check the parameters or resulting masses against
123 existing experimental data. SSTEST provides a minimal test. This routine
124 is called after SSMSSM by ISAJET and ISASUSY and prints suitable warning
125 messages.
126
127       SSMSSM first calculates the other SUSY masses and mixings and puts
128 them in the common block /SSPAR/:
129
130 #include "sspar.inc"
131
132 It then calculates the widths and branching ratios and puts them in the
133 common block /SSMODE/:
134
135 #include "ssmode.inc"
136
137 Decay modes for a given particle are not necessarily adjacent in this
138 common block.  Note that the branching ratio calculations use the full
139 matrix elements, which in general will give nonuniform distributions in
140 phase space, but this information is not saved in /SSMODE/.  In
141 particular, the decays H -> Z + Z* -> Z + f + fbar give no indication
142 that the f + fbar mass is strongly peaked near the upper limit.
143
144       All IDENT codes are defined by parameter statements in the PATCHY
145 keep sequence SSTYPE:
146
147 #include "sstype.inc"
148
149 These are based on standard ISAJET but can be changed to interface with
150 other generators.  Since masses except the t mass are hard wired, one
151 should check the kinematics for any decay before using it with possibly
152 different masses.
153
154       Instead of specifying all the SUSY parameters at the electroweak
155 scale using the MSSMi commands, one can instead use the SUGRA parameter
156 to specify in the minimal supergravity framework the common scalar mass
157 M_0, the common gaugino mass M_(1/2), and the soft trilinear SUSY
158 breaking parameter A_0 at the GUT scale, the ratio tan(beta) of Higgs
159 vacuum expectation values at the electroweak scale, and sign(mu), the
160 sign of the Higgsino mass term.  The renormalization group equations are
161 solved iteratively using Runge-Kutta numerical integration, as follows:
162
163       (1) The RGE's are run from the weak scale M_Z up to the GUT scale,
164       where alpha_1 = alpha_2, taking all thresholds into account. We use
165       two loop RGE equations for the gauge couplings only.
166
167       (2) The GUT scale boundary conditions are imposed, and the RGE's
168       are run back to M_Z, again taking thresholds into account.
169
170       (3) The masses of the SUSY particles and the values of the soft 
171       breaking parameters B and mu needed for radiative symmetry are
172       computed, e.g.
173            mu**2(M_Z) = (M_H1**2 - M_H2**2 * tan**2(beta)) 
174                         /(tan**2(beta)-1) - M_Z**2/2
175
176       (4) The 1-loop radiative corrections are computed.
177
178       (5) The process is then interated until stable results are
179       obtained.
180
181 This is essentially identical to the procedure used by several other
182 groups. Other possible constraints such as b-tau unification and limits
183 on proton decay have not been included.
184
185       Patch ISASSRUN of ISAJET provides a main program SSRUN and some
186 utility programs to produce human readable output.  These utilities must
187 be rewritten if the IDENT codes in /SSTYPE/ are modified.  To create the
188 stand-alone version of ISASUSY with SSRUN, run YPATCHY on isajet.pam
189 with the following cradle:
190
191 \+USE,*ISASUSY.                         Select all code
192 \+USE,NOCERN.                           No CERN Library
193 \+USE,IMPNONE.                          Use IMPLICIT NONE
194 \+EXE.                                  Write everything to ASM
195 \+PAM.                                  Read PAM file
196 \+QUIT.                                 Quit
197
198 Compile, link, and run the resulting program, and follow the prompts for
199 input.  Patch ISASSRUN also contains a main program SUGRUN that reads
200 the SUGRA parameters, solves the renormalization group equations, and
201 calculates the masses and branching ratios.  To create the stand-alone
202 version of ISASUGRA, run YPATCHY with the following cradle:
203
204 \+USE,*ISASUGRA.                        Select all code
205 \+USE,NOCERN.                           No CERN Library
206 \+USE,IMPNONE.                          Use IMPLICIT NONE
207 \+EXE.                                  Write everything to ASM
208 \+PAM.                                  Read PAM file
209 \+QUIT.                                 Quit
210
211 To produce the documentation, run YPATCHY with the following cradle:
212
213 \+USE,CDESUSY,ISASSDOC
214 \+EXE
215 \+PAM
216 \+QUIT
217
218 This documentation is automatically appended to that for ISAJET.
219
220       ISASUSY is written in ANSI standard Fortran 77 except that
221 IMPLICIT NONE is used if +USE,IMPNONE is selected in the Patchy cradle. 
222 All variables are explicitly typed, and variables starting with
223 I,J,K,L,M,N are not necessarily integers.  All external names such as
224 the names of subroutines and common blocks start with the letters SS. 
225 Most calculations are done in double precision.  If +USE,NOCERN is
226 selected in the Patchy cradle, then the Cernlib routines EISRS1 and its
227 auxiliaries to calculate the eigenvalues of a real symmetric matrix and
228 DDILOG to calculate the dilogarithm function are included.  Hence it is
229 not necessary to link with Cernlib.
230
231       The physics assumptions and details of incorporating the Minimal
232 Supersymmetric Model into ISAJET have appeared in a conference
233 proceedings entitled
234
235       H. Baer, F. Paige, S. Protopopescu and X. Tata,
236       "Simulating Supersymmetry with ISAJET 7.0/ISASUSY 1.0", 
237       
238 which has appeared in the proceedings of the workshop on "Physics at
239 Current Accelerators and Supercolliders", ed. J. Hewett, A. White and
240 D. Zeppenfeld, (Argonne National Laboratory, 1993). Detailed
241 references may be found therein. Users wishing to cite an appropriate
242 source may cite the above report.
243
244
245