PYTHIA8/pythia8140/xmldoc/PartonDistributions.xml

   1 <chapter name="Parton Distributions">
   2
   3 <h2>Parton Distributions</h2>
   4
   5 The parton distributions file contains the <code>PDF</code> class.
   6 <code>PDF</code> is the base class, from which specific <code>PDF</code>
   7 classes are derived.
   8
   9 <p/>
  10 The choice of which PDF to use is made by settings in the
  11 <code>Pythia</code> class, see <aloc href="PDFSelection">here</aloc>.
  12 These settings also allow to access all the proton PDF's available in the
  13 LHAPDF library <ref>Wha05</ref>. Thus there is no need for a normal user
  14 to study the <code>PDF</code> class. The structure must only be understood
  15 when interfacing new PDF's, e.g. ones not yet found in LHAPDF.
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  17 <h3>The PDF base class</h3>
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  19 <code>PDF</code> defines the interface that all PDF classes should respect.
  20 The constructor requires the incoming beam species to be given:
  21 even if used for a proton PDF, one needs to know whether the beam
  22 is actually an antiproton. This is one of the reasons why <code>Pythia</code>
  23 always defines two PDF objects in an event, one for each beam.
  24
  25 <p/>
  26 Once a <code>PDF</code> object has been constructed, call it <code>pdf</code>,
  27 the main method is <code>pdf.xf( id, x, Q2)</code>, which returns
  28 <ei>x*f_id(x, Q2)</ei>, properly taking into account whether the beam
  29 is an antiparticle or not.
  30
  31 <p/>
  32 Whenever the <code>xf</code> member is called with a new flavour, <ei>x</ei>
  33 or <ei>Q^2</ei>, the <code>xfUpdate</code> member is called to do the actual
  34 updating. This routine may either update that particular flavour or all
  35 flavours at this <ei>(x, Q^2)</ei> point. (In the latter case the saved
  36 <code>id</code> value <code>idSav</code> should be set to 9.) The choice is
  37 to be made by the producer of a given set, based on what he/she deems most
  38 effective, given that sometimes only one flavour need be evaluated, and
  39 about equally often all flavours are needed at the same <ei>x</ei> and
  40 <ei>Q^2</ei>. Anyway, the latest value is always kept in memory. This is
  41 the other reason why <code>Pythia</code> has one separate <code>PDF</code>
  42 object for each beam, so that values at different <ei>x</ei> can be kept
  43 in memory.
  44
  45 <p/>
  46 Two further public methods are <code>xfVal( id, x, Q2)</code> and
  47 <code>xfSea( id, x, Q2)</code>. These are simple variants whereby
  48 the quark distributions can be subdivided into a valence and a sea part.
  49 If these are not directly accessible in the parametrization, onc can
  50 make the simplified choices <ei>u_sea = ubar_sea, u_val = u_tot - u_sea</ei>,
  51 and correspondingly for <ei>d</ei>. (Positivity will always be guaranteed
  52 at output.) The <code>xfUpdate</code> method should also take care of
  53 updating this information.
  54
  55 <p/>
  56 A method <code>setExtrapolate(bool)</code> allows you to switch between
  57 freezing parametrizations  at the <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei> boundaries
  58 (<code>false</code>) or extrapolating them outside the boundaries
  59 (<code>true</code>). This method is only implemented for the LHAPDF class
  60 below. If you implement a new PDF you are free to use this method, but it
  61 would be smarter to hardcode the desired limiting behaviour.
  62
  63 <h3>Derived classes</h3>
  64
  65 There is only one pure virtual method, <code>xfUpdate</code>, that
  66 therefore must be implemented in any derived class. A reasonable
  67 number of such classes come with the program:
  68
  69 <p/>
  70 For protons:
  71 <ul>
  72 <li><code>LHAPDFinterface</code> provides an interface to the
  73 LHAPDF library<ref>Wha05</ref>.</li>
  74 <li><code>GRV94L</code> gives the GRV 94 L parametrization
  75 <ref>Glu95</ref>.</li>
  76 <li><code>CTEQ5L</code> gives the CTEQ 5 L parametrization
  77 <ref>Lai00</ref>.</li>
  78 <li><code>MSTWpdf</code> gives the four distributions of the
  79 MRST/MSTW group that have been implemented.</li>
  80 <li><code>CTEQ6pdf</code> gives the six distributions of the
  81 CTEQ/CT group that have been implemented.</li>
  82 </ul>
  83 The current default is CTEQ 5L, which has been used in most studies
  84 to date.
  85
  86 <p/>
  87 For charged pions:
  88 <ul>
  89 <li><code>GRVpiL</code> gives the GRV 1992 pi+ parametrization.</li>
  90 </ul>
  91
  92 <p/>
  93 For Pomerons (used to describe diffraction):
  94 <ul>
  95 <li><code>PomFix</code> gives a simple but flexible
  96 <ei>Q2</ei>-independent parametrization.</li>
  97 <li><code>PomH1FitAB</code> gives the H1 2006 Fit A and Fit B
  98 parametrizations.</li>
  99 <li><code>PomH1Jets</code> gives the H1 2007 Jets parametrization.</li>
 100 </ul>
 101
 102 <p/>
 103 For charged leptons (e, mu, tau):
 104 <ul>
 105 <li><code>Lepton</code> gives a QED parametrization <ref>Kle89</ref>.
 106 In QED there are not so many ambiguities, so here one set should be
 107 enough. On the other hand, there is the problem that the
 108 lepton-inside-lepton pdf is integrably divergent for <ei>x -> 1</ei>,
 109 which gives numerical problems. Like in PYTHIA 6, the pdf is therefore
 110 made to vanish for <ei>x > 1 - 10^{-10}</ei>, and scaled up in the range
 111 <ei>1 - 10^{-7} &lt; x &lt; 1 - 10^{-10}</ei> in such a way that the
 112 total area under the pdf is preserved.</li>
 113 <li><code>LeptonPoint</code> gives the trivial distribution of a
 114 pointlike (i.e. unresolved) lepton or neutrino.</li>
 115 </ul>
 116
 117 There is another method, <code>isSetup()</code>, that returns the
 118 base-class boolean variable <code>isSet</code>. This variable is
 119 initially <code>true</code>, but could be set <code>false</code> if the
 120 setup procedure of a PDF failed, e.g. if the user has chosen an unknown
 121 PDF set.
 122
 123 <p/>
 124 The MRST/MSTW, CTEQ/CT and H1 PDF routines are based on the interpolation
 125 in <ei>(x, Q)</ei> grids. The grid files are stored in the
 126 <code>xmldoc</code> subdirectory, like settings and particle data.
 127 Only PDF sets that will be used are read in during the initialization
 128 stage.
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 130 </chapter>
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