]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - PYTHIA8/pythia8140/xmldoc/SpacelikeShowers.xml
coverity
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8140 / xmldoc / SpacelikeShowers.xml
1 <chapter name="Spacelike Showers">
2
3 <h2>Spacelike Showers</h2>
4
5 The PYTHIA algorithm for spacelike initial-state showers is 
6 based on the recent article <ref>Sjo05</ref>, where a 
7 transverse-momentum-ordered backwards evolution scheme is introduced. 
8 This algorithm is a further development of the virtuality-ordered one 
9 presented in <ref>Sj085</ref>, with matching to first-order matrix 
10 element for <ei>Z^0</ei>, <ei>W^+-</ei> and Higgs (in the 
11 <ei>m_t -> infinity</ei> limit) production as introduced in 
12 <ref>Miu99</ref>. 
13
14 <p/>
15 The normal user is not expected to call <code>SpaceShower</code> 
16 directly, but only have it called from <code>Pythia</code>, 
17 via <code>PartonLevel</code>. Some of the parameters below, 
18 in particular <code>SpaceShower:alphaSvalue</code>, 
19 would be of interest for a tuning exercise, however. 
20
21 <h3>Main variables</h3>
22
23 The maximum <ei>pT</ei> to be allowed in the shower evolution is
24 related to the nature of the hard process itself. It involves a
25 delicate balance between not doublecounting and not leaving any
26 gaps in the coverage. The best procedure may depend on information 
27 only the user has: how the events were generated and mixed (e.g. with 
28 Les Houches Accord external input), and how they are intended to be 
29 used. Therefore a few options are available, with a sensible default 
30 behaviour.
31
32 <modepick name="SpaceShower:pTmaxMatch" default="0" min="0" max="2">
33 Way in which the maximum shower evolution scale is set to match the 
34 scale of the hard process itself.
35 <option value="0"><b>(i)</b> if the final state of the hard process 
36 (not counting subsequent resonance decays) contains at least one quark 
37 (<ei>u, d, s, c ,b</ei>), gluon or photon then <ei>pT_max</ei> 
38 is chosen to be the factorization scale for internal processes 
39 and the <code>scale</code> value for Les Houches input; 
40 <b>(ii)</b> if not, emissions are allowed to go all the way up to 
41 the kinematical limit. 
42 The reasoning is that in the former set of processes the ISR
43 emission of yet another quark, gluon or photon could lead to
44 doublecounting, while no such danger exists in the latter case.
45 </option>
46 <option value="1">always use the factorization scale for an internal
47 process and the <code>scale</code> value for Les Houches input, 
48 i.e. the lower value. This should avoid doublecounting, but
49 may leave out some emissions that ought to have been simulated.
50 (Also known as wimpy showers.)
51 </option>
52 <option value="2">always allow emissions up to the kinematical limit.
53 This will simulate all possible event topologies, but may lead to
54 doublecounting. 
55 (Also known as power showers.)
56 </option>
57 <note>Note 1:</note> These options only apply to the hard interaction.
58 Emissions off subsequent multiple interactions are always constrainted
59 to be below the factorization scale of the process itself.  
60 <note>Note 2:</note> Some processes contain matrix-element matching
61 to the first emission; this is the case notably for single 
62 <ei>gamma^*/Z^0, W^+-</ei> and <ei>H^0</ei> production. Then default
63 and option 2 give the correct result, while option 1 should never
64 be used. 
65 </modepick>
66
67 <parm name="SpaceShower:pTmaxFudge" default="1.0" min="0.25" max="2.0">
68 In cases where the above <code>pTmaxMatch</code> rules would imply
69 that <ei>pT_max = pT_factorization</ei>, <code>pTmaxFudge</code> 
70 introduces a multiplicative factor <ei>f</ei> such that instead
71 <ei>pT_max = f * pT_factorization</ei>. Only applies to the hardest
72 interaction in an event, cf. below. It is strongly suggested that 
73 <ei>f = 1</ei>, but variations around this default can be useful to 
74 test this assumption. 
75 </parm>
76
77 <parm name="SpaceShower:pTmaxFudgeMI" default="1.0" min="0.25" max="2.0">
78 A multiplicative factor <ei>f</ei> such that 
79 <ei>pT_max = f * pT_factorization</ei>, as above, but here for the
80 non-hardest interactions (when multiple interactions are allowed).
81 </parm>
82
83 <modepick name="SpaceShower:pTdampMatch" default="0" min="0" max="2">
84 These options only take effect when a process is allowed to radiate up 
85 to the kinematical limit by the above <code>pTmaxMatch</code> choice, 
86 and no matrix-element corrections are available. Then, in many processes,
87 the fall-off in <ei>pT</ei> will be too slow by one factor of <ei>pT^2</ei>. 
88 That is, while showers have an approximate <ei>dpT^2/pT^2</ei> shape, often 
89 it should become more like <ei>dpT^2/pT^4</ei> at <ei>pT</ei> values above
90 the scale of the hard process. Whether this actually is the case 
91 depends on the particular process studied, e.g. if <ei>t</ei>-channel 
92 gluon exchange is likely to dominate. If so, the options below could
93 provide a reasonable high-<ei>pT</ei> behaviour without requiring 
94 higher-order calculations. 
95 <option value="0">emissions go up to the kinematical limit, 
96 with no special dampening.
97 </option>
98 <option value="1">emissions go up to the kinematical limit,  
99 but dampened by a factor <ei>k^2 Q^2_fac/(pT^2 + k^2 Q^2_fac)</ei>, 
100 where <ei>Q_fac</ei> is the factorization scale and <ei>k</ei> is a 
101 multiplicative fudge factor stored in <code>pTdampFudge</code> below.
102 </option>
103 <option value="2">emissions go up to the kinematical limit, 
104 but dampened by a factor <ei>k^2 Q^2_ren/(pT^2 + k^2 Q^2_ren)</ei>, 
105 where <ei>Q_ren</ei> is the renormalization scale and <ei>k</ei> is a 
106 multiplicative fudge factor stored in <code>pTdampFudge</code> below. 
107 </option>
108 <note>Note:</note> These options only apply to the hard interaction.
109 Emissions off subsequent multiple interactions are always constrainted
110 to be below the factorization scale of the process itself.  
111 </modepick>
112
113 <parm name="SpaceShower:pTdampFudge" default="1.0" min="0.25" max="4.0">
114 In cases 1 and 2 above, where a dampening is imposed at around the
115 factorization or renormalization scale, respectively, this allows the
116 <ei>pT</ei> scale of dampening of radiation by a half to be shifted 
117 by this factor relative to the default <ei>Q_fac</ei> or <ei>Q_ren</ei>. 
118 This number ought to be in the neighbourhood of unity, but variations 
119 away from this value could do better in some processes.
120 </parm>
121
122 <p/>
123 The amount of QCD radiation in the shower is determined by 
124 <parm name="SpaceShower:alphaSvalue" default="0.137" min="0.06" max="0.25">
125 The <ei>alpha_strong</ei> value at scale <code>M_Z^2</code>. 
126 Default value is picked equal to the one used in CTEQ 5L.  
127 </parm>
128
129 <p/>
130 The actual value is then regulated by the running to the scale 
131 <ei>pT^2</ei>, at which it is evaluated
132 <modepick name="SpaceShower:alphaSorder" default="1" min="0" max="2">
133 Order at which <ei>alpha_strong</ei> runs,
134 <option value="0">zeroth order, i.e. <ei>alpha_strong</ei> is kept 
135 fixed.</option>
136 <option value="1">first order, which is the normal value.</option>
137 <option value="2">second order. Since other parts of the code do 
138 not go to second order there is no strong reason to use this option, 
139 but there is also nothing wrong with it.</option>
140 </modepick>
141
142 <p/>
143 QED radiation is regulated by the <ei>alpha_electromagnetic</ei>
144 value at the <ei>pT^2</ei> scale of a branching.
145  
146 <modepick name="SpaceShower:alphaEMorder" default="1" min="-1" max="1">
147 The running of <ei>alpha_em</ei>.
148 <option value="1">first-order running, constrained to agree with
149 <code>StandardModel:alphaEMmZ</code> at the <ei>Z^0</ei> mass.
150 </option>
151 <option value="0">zeroth order, i.e. <ei>alpha_em</ei> is kept 
152 fixed at its value at vanishing momentum transfer.</option>
153 <option value="-1">zeroth order, i.e. <ei>alpha_em</ei> is kept 
154 fixed, but at <code>StandardModel:alphaEMmZ</code>, i.e. its value
155 at the <ei>Z^0</ei> mass.
156 </option> 
157 </modepick>
158
159 <p/>
160 There are two complementary ways of regularizing the small-<ei>pT</ei> 
161 divergence, a sharp cutoff and a smooth dampening. These can be 
162 combined as desired but it makes sense to coordinate with how the 
163 same issue is handled in multiple interactions.
164
165 <flag name="SpaceShower:samePTasMI" default="off">
166 Regularize the <ei>pT -> 0</ei> divergence using the same sharp cutoff 
167 and smooth dampening parameters as used to describe multiple interactions.
168 That is, the <code>MultipleInteractions:pT0Ref</code>, 
169 <code>MultipleInteractions:ecmRef</code>, 
170 <code>MultipleInteractions:ecmPow</code> and 
171 <code>MultipleInteractions:pTmin</code> parameters are used to regularize 
172 all ISR QCD radiation, rather than the corresponding parameters below. 
173 This is a sensible physics ansatz, based on the assumption that colour 
174 screening effects influence both MI and ISR in the same way. Photon 
175 radiation is regularized separately in either case.
176 <note>Warning:</note> if a large <code>pT0</code> is picked for multiple 
177 interactions, such that the integrated interaction cross section is 
178 below the nondiffractive inelastic one, this <code>pT0</code> will 
179 automatically be scaled down to cope. Information on such a rescaling 
180 does NOT propagate to <code>SpaceShower</code>, however.
181 </flag> 
182
183 <p/>
184 The actual <code>pT0</code> parameter used at a given CM energy scale, 
185 <ei>ecmNow</ei>, is obtained as
186 <eq>
187     pT0 = pT0(ecmNow) = pT0Ref * (ecmNow / ecmRef)^ecmPow 
188 </eq>
189 where <ei>pT0Ref</ei>, <ei>ecmRef</ei> and <ei>ecmPow</ei> are the 
190 three parameters below.
191
192 <parm name="SpaceShower:pT0Ref" default="2.0" 
193 min="0.5" max="10.0">
194 Regularization of the divergence of the QCD emission probability for 
195 <ei>pT -> 0</ei> is obtained by a factor <ei>pT^2 / (pT0^2 + pT^2)</ei>, 
196 and by using an <ei>alpha_s(pT0^2 + pT^2)</ei>. An energy dependence 
197 of the <ei>pT0</ei> choice is introduced by the next two parameters, 
198 so that <ei>pT0Ref</ei> is the <ei>pT0</ei> value for the reference 
199 cm energy, <ei>pT0Ref = pT0(ecmRef)</ei>.   
200 </parm>
201
202 <parm name="SpaceShower:ecmRef" default="1800.0" min="1.">
203 The <ei>ecmRef</ei> reference energy scale introduced above.
204 </parm>
205
206 <parm name="SpaceShower:ecmPow" default="0.0" min="0." max="0.5">
207 The <ei>ecmPow</ei> energy rescaling pace introduced above.
208 </parm>
209
210 <parm name="SpaceShower:pTmin" default="0.2" 
211 min="0.1" max="10.0">
212 Lower cutoff in <ei>pT</ei>, below which no further ISR branchings 
213 are allowed. Normally the <ei>pT0</ei> above would be used to 
214 provide the main regularization of the branching rate for 
215 <ei>pT -> 0</ei>, in which case <ei>pTmin</ei> is used  mainly for 
216 technical reasons. It is possible, however, to set <ei>pT0Ref = 0</ei> 
217 and use <ei>pTmin</ei> to provide a step-function regularization, 
218 or to combine them in intermediate approaches. Currently <ei>pTmin</ei> 
219 is taken to be energy-independent.  
220 </parm>
221
222 <parm name="SpaceShower:pTminChgQ" default="0.5" min="0.01">
223 Parton shower cut-off <ei>pT</ei> for photon coupling to a coloured 
224 particle.
225 </parm>
226
227 <parm name="SpaceShower:pTminChgL" default="0.0005" min="0.0001">
228 Parton shower cut-off mass for pure QED branchings. 
229 Assumed smaller than (or equal to) <ei>pTminChgQ</ei>.
230 </parm>
231
232 <flag name="SpaceShower:rapidityOrder" default="off">
233 Force emissions, after the first,  to be ordered in rapidity,
234 i.e. in terms of decreasing angles in a backwards-evolution sense. 
235 Could be used to probe sensitivity to unordered emissions.
236 Only affects QCD emissions.
237 </flag>
238
239 <h3>Further variables</h3>
240
241 These should normally not be touched. Their only function is for
242 cross-checks.
243
244 <p/>
245 There are three flags you can use to switch on or off selected
246 branchings in the shower: 
247
248 <flag name="SpaceShower:QCDshower" default="on">
249 Allow a QCD shower; on/off = true/false.
250 </flag>
251
252 <flag name="SpaceShower:QEDshowerByQ" default="on">
253 Allow quarks to radiate photons; on/off = true/false.
254 </flag>
255
256 <flag name="SpaceShower:QEDshowerByL" default="on">
257 Allow leptons to radiate photons; on/off = true/false.
258 </flag>
259
260 <p/>
261 There are three further possibilities to simplify the shower:
262
263 <flag name="SpaceShower:MEcorrections" default="on">
264 Use of matrix element corrections; on/off = true/false.
265 </flag>
266
267 <flag name="SpaceShower:phiPolAsym" default="on">
268 Azimuthal asymmetry induced by gluon polarization; on/off = true/false.
269 </flag>
270
271 <flag name="SpaceShower:phiIntAsym" default="on">
272 Azimuthal asymmetry induced by interference; on/off = true/false.
273 </flag>
274
275 <parm name="SpaceShower:strengthIntAsym" default="0.7"
276 min="0." max="0.9">
277 Size of asymmetry induced by interference. Natural value of order 0.5; 
278 expression would blow up for a value of 1.
279 </flag>
280
281 <modeopen name="SpaceShower:nQuarkIn" default="5" min="0" max="5">
282 Number of allowed quark flavours in <ei>g -> q qbar</ei> branchings,
283 when kinematically allowed, and thereby also in incoming beams. 
284 Changing it to 4 would forbid <ei>g -> b bbar</ei>, etc.
285 </modeopen>
286
287 <h3>Technical notes</h3>
288
289 Almost everything is equivalent to the algorithm in [1]. Minor changes 
290 are as follows.
291 <ul>
292 <li>
293 It is now possible to have a second-order running <ei>alpha_s</ei>,
294 in addition to fixed or first-order running. 
295 </li>
296 <li>
297 The description of heavy flavour production in the threshold region 
298 has been modified, so as to be more forgiving about mismatches 
299 between the <ei>c/b</ei>  masses used in Pythia relative to those 
300 used in a respective PDF parametrization. The basic idea is that, 
301 in the threshold region of a heavy quark <ei>Q</ei>, <ei>Q = c/b</ei>, 
302 the effect of subsequent <ei>Q -> Q g</ei> branchings is negligible. 
303 If so, then
304 <eq>
305    f_Q(x, pT2) = integral_mQ2^pT2  dpT'2/pT'2 * alpha_s(pT'2)/2pi
306       * integral P(z) g(x', pT'2) delta(x - z x')
307 </eq>
308 so use this to select the <ei>pT2</ei> of the <ei>g -> Q Qbar</ei> 
309 branching. In the old formalism the same kind of behaviour should 
310 be obtained, but by a cancellation of a <ei>1/f_Q</ei> that diverges 
311 at the theshold and a Sudakov that vanishes.
312 <br/>
313 The strategy therefore is that, once <ei>pT2 &lt; f * mQ2</ei>, with 
314 <ei>f</ei> a parameter of the order of 2, a <ei>pT2</ei> is chosen 
315 like <ei>dpT2/pT2</ei> between <ei>mQ2</ei> and <ei>f * mQ2</ei>, a
316 nd a <ei>z</ei> flat in the allowed range. Thereafter acceptance
317 is based on the product of three factors, representing the running
318 of <ei>alpha_strong</ei>, the splitting kernel (including the mass term) 
319 and the gluon density weight. At failure, a new <ei>pT2</ei> is chosen 
320 in the same  range, i.e. is not required to be lower since no Sudakov 
321 is involved. 
322 </li>
323 <li>
324 The QED algorithm now allows for hadron beams with non-zero photon
325 content. The backwards-evolution of a photon in a hadron is identical
326 to that of a gluon, with <ei>CF -> eq^2</ei> and <ei>CA -> 0</ei>.
327 Note that this will only work in conjunction with 
328 parton distribution that explicitly include photons as part of the
329 hadron structure (such as the MRST2004qed set). Since Pythia's
330 internal sets do not allow for photon content in hadrons, it is thus 
331 necessary to use the LHAPDF interface to make use of this feature. The
332 possibility of a fermion backwards-evolving to a photon has not yet
333 been included, nor has photon backwards-evolution in lepton beams. 
334 </li>
335 </ul>
336
337 </chapter>
338
339 <!-- Copyright (C) 2010 Torbjorn Sjostrand -->
340