- Update to pythia8140
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8140 / xmldoc / CouplingsAndScales.xml
1 <chapter name="Couplings and Scales">
2
3 <h2>Couplings and Scales</h2>
4
5 Here is collected some possibilities to modify the scale choices
6 of couplings and parton densities for all internally implemented 
7 hard processes. This is based on them all being derived from the
8 <code>SigmaProcess</code> base class. The matrix-element coding is 
9 also used by the multiple-interactions machinery, but there with a 
10 separate choice of <ei>alpha_strong(M_Z^2)</ei> value and running, 
11 and separate PDF scale choices. Also, in <ei>2 -> 2</ei> and 
12 <ei>2 -> 3</ei> processes where resonances are produced, their 
13 couplings and thereby their Breit-Wigner shapes are always evaluated 
14 with the resonance mass as scale, irrespective of the choices below.
15
16 <h3>Couplings and K factor</h3>
17
18 The size of QCD cross sections is mainly determined by 
19 <parm name="SigmaProcess:alphaSvalue" default="0.1265" 
20 min="0.06" max="0.25">
21 The <ei>alpha_strong</ei> value at scale <ei>M_Z^2</ei>. 
22 </parm>
23
24 <p/>
25 The actual value is then regulated by the running to the <ei>Q^2</ei> 
26 renormalization scale, at which <ei>alpha_strong</ei> is evaluated
27 <modepick name="SigmaProcess:alphaSorder" default="1" min="0" max="2">
28 Order at which <ei>alpha_strong</ei> runs,
29 <option value="0">zeroth order, i.e. <ei>alpha_strong</ei> is kept 
30 fixed.</option>
31 <option value="1">first order, which is the normal value.</option>
32 <option value="2">second order. Since other parts of the code do 
33 not go to second order there is no strong reason to use this option, 
34 but there is also nothing wrong with it.</option>
35 </modepick>
36
37 <p/>
38 QED interactions are regulated by the <ei>alpha_electromagnetic</ei>
39 value at the <ei>Q^2</ei> renormalization scale of an interaction. 
40 <modepick name="SigmaProcess:alphaEMorder" default="1" min="-1" max="1">
41 The running of <ei>alpha_em</ei> used in hard processes.
42 <option value="1">first-order running, constrained to agree with
43 <code>StandardModel:alphaEMmZ</code> at the <ei>Z^0</ei> mass.
44 </option>
45 <option value="0">zeroth order, i.e. <ei>alpha_em</ei> is kept 
46 fixed at its value at vanishing momentum transfer.</option>
47 <option value="-1">zeroth order, i.e. <ei>alpha_em</ei> is kept 
48 fixed, but at <code>StandardModel:alphaEMmZ</code>, i.e. its value
49 at the <ei>Z^0</ei> mass.
50 </option> 
51 </modepick>
52
53 <p/>
54 In addition there is the possibility of a global rescaling of 
55 cross sections (which could not easily be accommodated by a 
56 changed <ei>alpha_strong</ei>, since <ei>alpha_strong</ei> runs)
57 <parm name="SigmaProcess:Kfactor" default="1.0" min="0.5" max="4.0">
58 Multiply almost all cross sections by this common fix factor. Excluded 
59 are only unresolved processes, where cross sections are better 
60 <aloc href="TotalCrossSections">set directly</aloc>, and 
61 multiple interactions, which have a separate <ei>K</ei> factor 
62 <aloc href="MultipleInteractions">of their own</aloc>.  
63 This degree of freedom is primarily intended for hadron colliders, and
64 should not normally be used for <ei>e^+e^-</ei> annihilation processes.
65 </parm>
66
67 <h3>Renormalization scales</h3>
68
69 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale can be chosen among a few different
70 alternatives, separately for <ei>2 -> 1</ei>, <ei>2 -> 2</ei> and two 
71 different kinds of <ei>2 -> 3</ei> processes. In addition a common
72 multiplicative factor may be imposed.
73  
74 <modepick name="SigmaProcess:renormScale1" default="1" min="1" max="2">
75 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale for <ei>2 -> 1</ei> processes.
76 The same options also apply for those <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei>
77 processes that have been specially marked as proceeding only through 
78 an <ei>s</ei>-channel resonance, by the <code>isSChannel()</code> virtual 
79 method of <code>SigmaProcess</code>.
80 <option value="1">the squared invariant mass, i.e. <ei>sHat</ei>.
81 </option>
82 <option value="2">fix scale set in <code>SigmaProcess:renormFixScale</code> 
83 below.
84 </option>
85 </modepick>
86   
87 <modepick name="SigmaProcess:renormScale2" default="2" min="1" max="5">
88 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale for <ei>2 -> 2</ei> processes.
89 <option value="1">the smaller of the squared transverse masses of the two
90 outgoing particles, i.e. <ei>min(mT_3^2, mT_4^2) = 
91 pT^2 + min(m_3^2, m_4^2)</ei>.
92 </option>
93 <option value="2">the geometric mean of the squared transverse masses of 
94 the two outgoing particles, i.e. <ei>mT_3 * mT_4 = 
95 sqrt((pT^2 + m_3^2) * (pT^2 + m_4^2))</ei>.
96 </option>
97 <option value="3">the arithmetic mean of the squared transverse masses of 
98 the two outgoing particles, i.e. <ei>(mT_3^2 + mT_4^2) / 2 = 
99 pT^2 + 0.5 * (m_3^2 + m_4^2)</ei>. Useful for comparisons 
100 with PYTHIA 6, where this is the default.
101 </option>
102 <option value="4">squared invariant mass of the system, 
103 i.e. <ei>sHat</ei>. Useful for processes dominated by 
104 <ei>s</ei>-channel exchange. 
105 </option>
106 <option value="5">fix scale set in <code>SigmaProcess:renormFixScale</code> 
107 below.
108 </option>
109 </modepick>
110   
111 <modepick name="SigmaProcess:renormScale3" default="3" min="1" max="6">
112 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale for "normal" <ei>2 -> 3</ei> 
113 processes, i.e excepting the vector-boson-fusion processes below.
114 Here it is assumed that particle masses in the final state either match
115 or are heavier than that of any <ei>t</ei>-channel propagator particle.
116 (Currently only <ei>g g / q qbar -> H^0 Q Qbar</ei> processes are 
117 implemented, where the "match" criterion holds.) 
118 <option value="1">the smaller of the squared transverse masses of the three
119 outgoing particles, i.e. min(mT_3^2, mT_4^2, mT_5^2).
120 </option>
121 <option value="2">the geometric mean of the two smallest squared transverse 
122 masses of the three outgoing particles, i.e. 
123 <ei>sqrt( mT_3^2 * mT_4^2 * mT_5^2 / max(mT_3^2, mT_4^2, mT_5^2) )</ei>.
124 </option>
125 <option value="3">the geometric mean of the squared transverse masses of the 
126 three outgoing particles, i.e. <ei>(mT_3^2 * mT_4^2 * mT_5^2)^(1/3)</ei>.
127 </option>
128 <option value="4">the arithmetic mean of the squared transverse masses of 
129 the three outgoing particles, i.e. <ei>(mT_3^2 + mT_4^2 + mT_5^2)/3</ei>.
130 </option>
131 <option value="5">squared invariant mass of the system, 
132 i.e. <ei>sHat</ei>.
133 </option>
134 <option value="6">fix scale set in <code>SigmaProcess:renormFixScale</code> 
135 below.
136 </option>
137 </modepick> 
138  
139 <modepick name="SigmaProcess:renormScale3VV" default="3" min="1" max="6">
140 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale for <ei>2 -> 3</ei> 
141 vector-boson-fusion processes, i.e. <ei>f_1 f_2 -> H^0 f_3 f_4</ei>
142 with <ei>Z^0</ei> or <ei>W^+-</ei>  <ei>t</ei>-channel propagators. 
143 Here the transverse masses of the outgoing fermions do not reflect the 
144 virtualities of the exchanged bosons. A better estimate is obtained 
145 by replacing the final-state fermion masses by the vector-boson ones
146 in the definition of transverse masses. We denote these combinations 
147 <ei>mT_Vi^2 = m_V^2 + pT_i^2</ei>. 
148 <option value="1">the squared mass <ei>m_V^2</ei> of the exchanged
149 vector boson.
150 </option>
151 <option value="2">the geometric mean of the two propagator virtuality
152 estimates, i.e. <ei>sqrt(mT_V3^2 * mT_V4^2)</ei>.
153 </option>
154 <option value="3">the geometric mean of the three relevant squared 
155 transverse masses, i.e. <ei>(mT_V3^2 * mT_V4^2 * mT_H^2)^(1/3)</ei>.
156 </option>
157 <option value="4">the arithmetic mean of the three relevant squared 
158 transverse masses, i.e. <ei>(mT_V3^2 + mT_V4^2 + mT_H^2)/3</ei>.
159 </option>
160 <option value="5">squared invariant mass of the system, 
161 i.e. <ei>sHat</ei>.
162 </option>
163 <option value="6">fix scale set in <code>SigmaProcess:renormFixScale</code> 
164 below.
165 </option>
166 </modepick>
167
168 <parm name="SigmaProcess:renormMultFac" default="1." min="0.1" max="10.">
169 The <ei>Q^2</ei> renormalization scale for <ei>2 -> 1</ei>,
170 <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes is multiplied by 
171 this factor relative to the scale described above (except for the options 
172 with a fix scale). Should be use sparingly for <ei>2 -> 1</ei> processes. 
173 </parm>
174
175 <parm name="SigmaProcess:renormFixScale" default="10000." min="1.">
176 A fix <ei>Q^2</ei> value used as renormalization scale for <ei>2 -> 1</ei>,
177 <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes in some of the options above.
178 </parm>
179
180 <h3>Factorization scales</h3>
181
182 Corresponding options exist for the <ei>Q^2</ei> factorization scale
183 used as argument in PDF's. Again there is a choice of form for  
184 <ei>2 -> 1</ei>, <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes separately. 
185 For simplicity we have let the numbering of options agree, for each event 
186 class separately, between normalization and factorization scales, and the 
187 description has therefore been slightly shortened. The default values are 
188 <b>not</b> necessarily the same, however.
189  
190 <modepick name="SigmaProcess:factorScale1" default="1" min="1" max="2">
191 The <ei>Q^2</ei> factorization scale for <ei>2 -> 1</ei> processes.
192 The same options also apply for those <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei>
193 processes that have been specially marked as proceeding only through 
194 an <ei>s</ei>-channel resonance.
195 <option value="1">the squared invariant mass, i.e. <ei>sHat</ei>.
196 </option>
197 <option value="2">fix scale set in <code>SigmaProcess:factorFixScale</code> 
198 below.
199 </option>
200 </modepick>
201
202 <modepick name="SigmaProcess:factorScale2" default="1" min="1" max="5">
203 The <ei>Q^2</ei> factorization scale for <ei>2 -> 2</ei> processes.
204 <option value="1">the smaller of the squared transverse masses of the two
205 outgoing particles.
206 </option>
207 <option value="2">the geometric mean of the squared transverse masses of 
208 the two outgoing particles.
209 </option>
210 <option value="3">the arithmetic mean of the squared transverse masses of 
211 the two outgoing particles. Useful for comparisons with PYTHIA 6, where 
212 this is the default.
213 </option>
214 <option value="4">squared invariant mass of the system, 
215 i.e. <ei>sHat</ei>. Useful for processes dominated by 
216 <ei>s</ei>-channel exchange. 
217 </option>
218 <option value="5">fix scale set in <code>SigmaProcess:factorFixScale</code> 
219 below.
220 </option>
221 </modepick>
222   
223 <modepick name="SigmaProcess:factorScale3" default="2" min="1" max="6">
224 The <ei>Q^2</ei> factorization scale for "normal" <ei>2 -> 3</ei> 
225 processes, i.e excepting the vector-boson-fusion processes below.
226 <option value="1">the smaller of the squared transverse masses of the three
227 outgoing particles.
228 </option>
229 <option value="2">the geometric mean of the two smallest squared transverse 
230 masses of the three outgoing particles.
231 </option>
232 <option value="3">the geometric mean of the squared transverse masses of the 
233 three outgoing particles.
234 </option>
235 <option value="4">the arithmetic mean of the squared transverse masses of 
236 the three outgoing particles.
237 </option>
238 <option value="5">squared invariant mass of the system, 
239 i.e. <ei>sHat</ei>.
240 </option>
241 <option value="6">fix scale set in <code>SigmaProcess:factorFixScale</code> 
242 below.
243 </option>
244 </modepick> 
245  
246 <modepick name="SigmaProcess:factorScale3VV" default="2" min="1" max="6">
247 The <ei>Q^2</ei> factorization scale for <ei>2 -> 3</ei> 
248 vector-boson-fusion processes, i.e. <ei>f_1 f_2 -> H^0 f_3 f_4</ei>
249 with <ei>Z^0</ei> or <ei>W^+-</ei>  <ei>t</ei>-channel propagators. 
250 Here we again introduce the combinations <ei>mT_Vi^2 = m_V^2 + pT_i^2</ei>
251 as replacements for the normal squared transverse masses of the two 
252 outgoing quarks.
253 <option value="1">the squared mass <ei>m_V^2</ei> of the exchanged
254 vector boson.
255 </option>
256 <option value="2">the geometric mean of the two propagator virtuality
257 estimates.
258 </option>
259 <option value="3">the geometric mean of the three relevant squared 
260 transverse masses.
261 </option>
262 <option value="4">the arithmetic mean of the three relevant squared 
263 transverse masses.
264 </option>
265 <option value="5">squared invariant mass of the system, 
266 i.e. <ei>sHat</ei>.
267 </option>
268 <option value="6">fix scale set in <code>SigmaProcess:factorFixScale</code> 
269 below.
270 </option>
271 </modepick>
272
273 <parm name="SigmaProcess:factorMultFac" default="1." min="0.1" max="10.">
274 The <ei>Q^2</ei> factorization scale for <ei>2 -> 1</ei>,
275 <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes is multiplied by 
276 this factor relative to the scale described above (except for the options 
277 with a fix scale). Should be use sparingly for <ei>2 -> 1</ei> processes. 
278 </parm>
279
280 <parm name="SigmaProcess:factorFixScale" default="10000." min="1.">
281 A fix <ei>Q^2</ei> value used as factorization scale for <ei>2 -> 1</ei>,
282 <ei>2 -> 2</ei> and <ei>2 -> 3</ei> processes in some of the options above.
283 </parm>
284
285 </chapter>
286
287 <!-- Copyright (C) 2010 Torbjorn Sjostrand -->