]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blob - PYTHIA8/pythia8145/xmldoc/PDFSelection.xml
Use Output directive instead of the old OutputFile and OUtputArchive. Save fileinfo...
[u/mrichter/AliRoot.git] / PYTHIA8 / pythia8145 / xmldoc / PDFSelection.xml
1 <chapter name="PDF Selection">
2
3 <h2>PDF Selection</h2>
4
5 This page contains five subsections. The first deals with how to 
6 pick  the parton distribution set for protons, including from LHAPDF, 
7 to be used for all proton and antiproton beams. The second is a special
8 option that allows a separate PDF set to be used for the hard process
9 only, while the first choice would still apply to everything else.
10 The third and fourth give access to pion and Pomeron PDF's, respectively,
11 the latter being used to describe diffractive systems.
12 The fifth gives the possibility to switch off the lepton 
13 "parton density". 
14
15 <h3>Parton densities for protons</h3>
16
17 The selection of parton densities is made once and then is propagated 
18 through the program. It is essential to make an informed choice, 
19 for several reasons <ref>Kas10</ref>: 
20 <note>Warning 1:</note> the choice of PDF set affects a number of
21 properties of events. A change of PDF therefore requires a complete 
22 retuning e.g.  of the multiple-interactions model for minimum-bias and 
23 underlying events.
24 <note>Warning 2:</note> People often underestimate the differences 
25 between different sets on the market. The sets for the same order are 
26 constructed to behave more or less similarly at large <ei>x</ei> and 
27 <ei>Q^2</ei>, while the multiple interactions are dominated by the 
28 behaviour in the region of small <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei>. A good 
29 PDF parametrization ought to be sensible down to <ei>x = 10^-6</ei> 
30 (<ei>x = 10^-7</ei>) and <ei>Q^2 = 1</ei> GeV^2 for Tevatron (LHC) 
31 applications. Unfortunately there are distributions on the market that 
32 completely derail in that region. The <code>main41.cc</code> and 
33 <code>main42.cc</code> programs in the <code>examples</code> 
34 subdirectory provide some examples of absolutely minimal sanity checks 
35 before a new PDF set is put in production.
36 <note>Warning 3:</note> NLO and LO sets tend to have quite different
37 behaviours, e.g. NLO ones have less gluons at small x, which then is 
38 compensated by positive corrections in the NLO matrix elements.
39 Therefore do not blindly assume that an NLO tune has to be better than 
40 an LO one when combined with the LO matrix elements in PYTHIA. There are 
41 explicit examples where such thinking can lead you down the wrong alley,
42 especially if you study low-<ei>pT</ei> physics. In the list below you 
43 should therefore be extra cautious when using set 6 or set 9.
44
45 <p/>
46 The simplest option is to pick one 
47 of the distributions available internally:
48
49 <modepick name="PDF:pSet" default="2" min="1" max="12">
50 Parton densities to be used for proton beams (and, by implication,
51 antiproton ones):
52 <option value="1">GRV 94L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.128</ei>
53 (this set is out of date, but retained for historical comparisons).</option>
54 <option value="2">CTEQ 5L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.127</ei>
55 (this set is also out of date, but not badly so, and many tunes 
56 are based on it).</option>
57 <option value="3">MRST LO* (2007), 
58 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12032</ei>.</option>
59 <option value="4">MRST LO** (2008), 
60 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.11517</ei>.</option>
61 <option value="5">MSTW 2008 LO (central member), 
62 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.13939</ei>.</option>
63 <option value="6">MSTW 2008 NLO (central member), 
64 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12018</ei> (NLO, see Warning 3 above).</option>
65 <option value="7">CTEQ6L, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
66 <option value="8">CTEQ6L1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1298</ei>.</option>
67 <option value="9">CTEQ66.00 (NLO, central member), 
68 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei> (NLO, see Warning 3 above).</option>
69 <option value="10">CT09MC1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1300</ei>.</option>
70 <option value="11">CT09MC2, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
71 <option value="12">CT09MCS, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
72 </modepick> 
73 <note>Note:</note> the <ei>alpha_s(M_Z)</ei> values and the order of the
74 running in the description above is purely informative, and does not 
75 affect any other parts of the program. Instead you have the freedom to
76 set <ei>alpha_s(M_Z)</ei> value and running separately for 
77 <aloc href="CouplingsAndScales">hard processes</aloc> 
78 (including resonance decays),
79 <aloc href="MultipleInteractions">multiple interactions</aloc>,
80 <aloc href="SpacelikeShowers">initial-state radiation</aloc>, and
81 <aloc href="TimelikeShowers">final-state radiation</aloc>.
82
83 <p/>
84 This is a reasonably complete list of recent LO fits, both
85 ones within the normal LO context and ones with modifications for better
86 matching to event generators. In addition two older sets are 
87 included for backwards reference (most studies to date are based on 
88 CTEQ 5L). If you link to the 
89 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/" target="page">LHAPDF 
90 library</a> <ref>Wha05</ref> you get access to a much wider selection.
91 <note>Warning 1:</note> owing to previous problems with the behaviour 
92 of PDF's beyond the <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei> boundaries of a set, 
93 you should only use LHAPDF <b>version 5.3.0 or later</b>.
94 <note>Warning 2:</note> the behaviour of the LHAPDF sets need not be
95 identical with the implementation found in PYTHIA. Specifically we
96 are aware of the following points that may influence a comparison.
97 <br/>(a) CTEQ 5L in PYTHIA is the parametrization, in LHAPDF the grid
98 interpolation. 
99 <br/>(b) MRST LO* and LO** in PYTHIA is based on an updated edition,
100 where one makes use of the expanded MSTW grid format, while LHAPDF
101 is based on the original smaller grid. 
102 <br/>(c) The CTEQ 6 and CT09MC sets in PYTHIA are frozen at the 
103 boundaries of the grid, by recommendation of the authors, while 
104 LHAPDF also offers an option with a smooth extrapolation outside 
105 the grid boundaries. 
106
107 <flag name="PDF:useLHAPDF" default="off">
108 If off then the choice of proton PDF is based on <code>PDF:pSet</code>
109 above. If on then it is instead based on the choice of 
110 <code>PDF:LHAPDFset</code> and <code>PDF:LHAPDFmember</code> below.
111 <note>Note:</note> in order for this option to work you must have 
112 compiled PYTHIA appropriately and have set the <code>LHAPATH</code> 
113 environment variable to provide the data-files directory of your local 
114 LHAPDF installation. See the README file in the <code>examples</code> 
115 directory for further instructions. 
116 </flag>
117
118 <word name="PDF:LHAPDFset" default="MRST2004FF4lo.LHgrid">
119 Name of proton PDF set from LHAPDF to be used. You have to choose 
120 from the 
121 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/pdfsets" target="page">
122 list of available sets</a>. Examples of some fairly recent ones 
123 (but still less recent than found above) would be 
124 cteq61.LHpdf, cteq61.LHgrid, cteq6l.LHpdf, cteq6ll.LHpdf, 
125 MRST2004nlo.LHpdf, MRST2004nlo.LHgrid, MRST2004nnlo.LHgrid and 
126 MRST2004FF3lo.LHgrid. If you pick a LHpdf set it will require some 
127 calculation the first time it is called. 
128 <note>Technical note:</note> if you provide a name beginning with a 
129 slash (/) it is assumed you want to provide the full file path and then
130 <code>initPDFsetM(name)</code> is called, else the correct path is assumed 
131 already set and <code>initPDFsetByNameM(name)</code> is called.
132 </word> 
133
134 <modeopen name="PDF:LHAPDFmember" default="0" min="0">
135 Further choice of a specific member from the set picked above. Member 0
136 should normally correspond to the central value, with higher values
137 corresponding to different error PDF's somewhat off in different 
138 directions. You have to check from set to set which options are open.
139 <note>Note:</note> you can only use one member in a run, so if you
140 want to sweep over many members you either have to do many separate
141 runs or, as a simplification, save the 
142 <aloc href="EventInformation">pdf weights</aloc> at the hard scattering
143 and do an offline reweighting of events.
144 </modeopen>   
145
146 <flag name="PDF:extrapolateLHAPDF" default="off">
147 Parton densities have a guaranteed range of validity in <ei>x</ei>
148 and <ei>Q^2</ei>, and what should be done beyond that range usually is 
149 not explained by the authors of PDF sets. Nevertheless these boundaries
150 very often are exceeded, e.g. minimum-bias studies at LHC may sample
151 <ei>x</ei> values down to <ei>10^-8</ei>, while many PDF sets stop
152 already at <ei>10^-5</ei>. The default behaviour is then that the 
153 PDF's are frozen at the boundary, i.e. <ei>xf(x,Q^2)</ei> is fixed at
154 its value at <ei>x_min</ei> for all values <ei>x &lt; x_min</ei>,
155 and so on. This is a conservative approach. Alternatively, if you
156 switch on extrapolation, then parametrizations will be extended beyond
157 the boundaries, by some prescription. In some cases this will provide a
158 more realistic answer, in others complete rubbish. Another problem is 
159 that some of the PDF-set codes will write a warning message anytime the
160 limits are exceeded, thus swamping your output file. Therefore you should 
161 study a set seriously before you run it with this switch on.
162 </flag>
163
164 <p/> 
165 If you want to use PDF's not found in LHAPDF, or you want to interface
166 LHAPDF another way, you have full freedom to use the more generic 
167 <aloc href="PartonDistributions">interface options</aloc>.
168
169 <h3>Parton densities for protons in the hard process</h3>
170
171 The above options provides a PDF set that will be used everywhere:
172 for the hard process, the parton showers and the multiple interactions
173 alike. As already mentioned, therefore a change of PDF should be
174 accompanied by a <b>complete</b> retuning of the whole MI framework,
175 and maybe more. There are cases where one may want to explore 
176 different PDF options for the hard process, but would not want to touch 
177 the rest. If several different sets are to be compared, a simple
178 reweighting based on the <aloc href="EventInformation">originally 
179 used</aloc> flavour, <ei>x</ei>, <ei>Q^2</ei> and PDF values may offer the 
180 best route. The options in this section allow a choice of the PDF set
181 for the hard process alone, while the choice made in the previous section
182 would still be used for everything else. The hardest interaction
183 of the minimum-bias process is part of the multiple-interactions
184 framework and so does not count as a hard process here. 
185
186 <p/>
187 Of course it is inconsistent to use different PDF's in different parts 
188 of an event, but if the <ei>x</ei> and <ei>Q^2</ei> ranges mainly accessed 
189 by the components are rather different then the contradiction would not be
190 too glaring. Furthermore, since standard PDF's are one-particle-inclusive
191 we anyway have to 'invent' our own PDF modifications to handle configurations
192 where more than one parton is kicked out of the proton <ref>Sjo04</ref>. 
193
194 <p/>
195 The PDF choices that can be made are the same as above, so we do not 
196 repeat the detailed discussion.
197
198 <flag name="PDF:useHard" default="off">
199 If on then select a separate PDF set for the hard process, using the 
200 variables below. If off then use the same PDF set for everything,
201 as already chosen above.   
202 </flag>
203
204 <modepick name="PDF:pHardSet" default="2" min="1" max="12">
205 Parton densities to be used for proton beams (and, by implication,
206 antiproton ones):
207 <option value="1">GRV 94L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.128</ei>
208 (out of date).</option>
209 <option value="2">CTEQ 5L, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.127</ei>
210 (slightly out of date; many tunes are based on it).</option>
211 <option value="3">MRST LO* (2007), 
212 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12032</ei>.</option>
213 <option value="4">MRST LO** (2008), 
214 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.11517</ei>.</option>
215 <option value="5">MSTW 2008 LO (central member), 
216 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.13939</ei>.</option>
217 <option value="6">MSTW 2008 NLO (central member), 
218 LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.12018</ei>.</option>
219 <option value="7">CTEQ6L, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
220 <option value="8">CTEQ6L1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1298</ei>.</option>
221 <option value="9">CTEQ66.00 (NLO, central member), 
222 NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
223 <option value="10">CT09MC1, LO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1300</ei>.</option>
224 <option value="11">CT09MC2, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
225 <option value="12">CT09MCS, NLO <ei>alpha_s(M_Z) = 0.1180</ei>.</option>
226 </modepick> 
227
228 <flag name="PDF:useHardLHAPDF" default="off">
229 If off then the choice of proton PDF is based on <code>hardpPDFset</code>
230 above. If on then it is instead based on the choice of 
231 <code>hardLHAPDFset</code> and <code>hardLHAPDFmember</code> below.
232 </flag>
233
234 <word name="PDF:hardLHAPDFset" default="MRST2004FF4lo.LHgrid">
235 Name of proton PDF set from LHAPDF to be used. 
236 </word> 
237
238 <modeopen name="PDF:hardLHAPDFmember" default="0" min="0">
239 Further choice of a specific member from the set picked above. 
240 </modeopen>   
241
242 <p/>
243 Note that there is no separate equivalent of the 
244 <code>PDF:extrapolateLHAPDF</code> flag specifically for the hard
245 PDF. Since LHAPDF only has one global flag for extrapolation or not,
246 the choice for the normal PDF's also applies to the hard ones.
247
248 <h3>Parton densities for pions</h3>
249
250 The parton densities of the pion are considerably less well known than
251 those of the proton. There are only rather few sets on the market,
252 and none particularly recent. Only one comes built-in, but others can 
253 be accessed from LHAPDF. Input parametrizations are for the <ei>pi+</ei>.
254 >From this the <ei>pi-</ei> is obtained by charge conjugation and the 
255 <ei>pi0</ei> from averaging (half the pions have <ei>d dbar</ei> 
256 valence quark content, half <ei>u ubar</ei>.
257
258 <p/>
259 Much of the switches are taken over from the proton case, with obvious
260 modifications; therefore the description is briefer. Currently we have 
261 not seen the need to allow separate parton densities for hard processes. 
262 When using LHAPDF the <code>PDF:extrapolateLHAPDF</code> switch of the 
263 proton also applies to pions. 
264  
265 <modepick name="PDF:piSet" default="1" min="1" max="1">
266 Internal parton densities that can be used for pion beams, currently with 
267 only one choice.
268 <option value="1">GRV 92 L.</option>
269 </modepick> 
270
271 <flag name="PDF:piUseLHAPDF" default="off">
272 If off then the choice of proton PDF is based on <code>PDF:piSet</code>
273 above. If on then it is instead based on the choice of 
274 <code>PDF:piLHAPDFset</code> and <code>PDF:piLHAPDFmember</code> below.
275 </flag>
276
277 <word name="PDF:piLHAPDFset" default="OWPI.LHgrid">
278 Name of pion PDF set from LHAPDF to be used. You have to choose from the 
279 <a href="http://projects.hepforge.org/lhapdf/pdfsets" target="page">
280 list of available sets</a>. 
281 </word> 
282
283 <modeopen name="PDF:piLHAPDFmember" default="0" min="0">
284 Further choice of a specific member from the set picked above.
285 </modeopen>   
286
287 <h3>Parton densities for Pomerons</h3>
288
289 The Pomeron is introduced in the description of diffractive events, 
290 i.e. a diffractive system is viewed as a Pomeron-proton collision at a 
291 reduced CM energy. Here the PDF's are even less well known. 
292 Most experimental parametrizations are NLO, which makes them less
293 well suited for Monte Carlo applications. Furthemore note that 
294 the momentum sum is arbitrarily normalized to a non-unity value.
295
296 <modepick name="PDF:PomSet" default="6" min="1" max="6">
297 Parton densities that can be used for Pomeron beams. 
298 <option value="1"><ei>Q^2</ei>-independent parametrizations
299 <ei>xf(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>, where <ei>N_ab</ei> ensures
300 unit momentum sum. The <ei>a</ei> and <ei>b</ei> parameters can be 
301 set separately for the gluon and the quark distributions. The
302 momentum fraction of gluons and quarks can be freely mixed, and 
303 production of <ei>s</ei> quarks can be suppressed relative to 
304 that of <ei>d</ei> and <ei>u</ei> ones, with antiquarks as likely 
305 as quarks. See further below how to set the six parameters of this 
306 approach.
307 </option>
308 <option value="2"><ei>pi0</ei> distributions, as specified in the 
309 section above.
310 </option>
311 <option value="3">the H1 2006 Fit A NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
312 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
313 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
314 </option>
315 <option value="4">the H1 2006 Fit B NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
316 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
317 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
318 </option>
319 <option value="5">the H1 2007 Jets NLO <ei>Q^2</ei>-dependent 
320 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P07</ref>,
321 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
322 </option>
323 <option value="6">the H1 2006 Fit B LO <ei>Q^2</ei>-dependent 
324 parametrization, based on a tune to their data <ref>H1P06</ref>,
325 rescaled by the factor <code>PomRescale</code> below.
326 </option>
327 </modepick> 
328
329 <parm name="PDF:PomGluonA" default="0." min="-0.5" max="2.">
330 the parameter <ei>a</ei> in the ansatz <ei>xg(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
331 for option 1 above.
332 </parm>
333
334 <parm name="PDF:PomGluonB" default="3." min="0." max="10.">
335 the parameter <ei>b</ei> in the ansatz <ei>xg(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
336 for option 1 above.
337 </parm>
338
339 <parm name="PDF:PomQuarkA" default="0." min="-0.5" max="2.">
340 the parameter <ei>a</ei> in the ansatz <ei>xq(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
341 for option 1 above.
342 </parm>
343
344 <parm name="PDF:PomQuarkB" default="3." min="0." max="10.">
345 the parameter <ei>b</ei> in the ansatz <ei>xq(x) = N_ab x^a (1 - x)^b</ei>
346 for option 1 above.
347 </parm>
348
349 <parm name="PDF:PomQuarkFrac" default="0.2" min="0." max="1.">
350 the fraction of the Pomeron momentum carried by quarks 
351 for option 1 above, with the rest carried by gluons.
352 </parm>
353
354 <parm name="PDF:PomStrangeSupp" default="0.5" min="0." max="1.">
355 the suppression of the <ei>s</ei> quark density relative to that of the 
356 <ei>d</ei> and <ei>u</ei> ones for option 1 above.
357 </parm>
358
359 <parm name="PDF:PomRescale" default="1.0" min="0.5" max="5.0">
360 Rescale the four H1 fits above by this uniform factor, e.g. to bring 
361 up their momentum sum to around unity. By default all three have
362 a momentum sum of order 0.5, suggesting that a factor around 2.0
363 should be used. You can use <code>examples/main41.cc</code> to get
364 a more precise value. Note that also other parameters in the 
365 <aloc href="Diffraction">diffraction</aloc> framework may need to
366 be retuned when this parameter is changed.
367 </parm>
368
369 <h3>Parton densities for leptons</h3>
370
371 For electrons/leptons there is no need to choose between different 
372 parametrizations, since only one implementation is available, and 
373 should be rather uncontroversial (apart from some technical details).
374 However, insofar as e.g. <ei>e^+ e^-</ei> data often are corrected 
375 back to a world without any initial-state photon radiation, it is 
376 useful to have a corresponding option available here.
377
378 <flag name="PDF:lepton" default="on">
379 Use parton densities for lepton beams or not. If off the colliding
380 leptons carry the full beam energy, if on part of the energy is 
381 radiated away by initial-state photons. In the latter case the
382 initial-state showers will generate the angles and energies of the
383 set of photons that go with the collision. In addition one collinear
384 photon per beam carries any leftover amount of energy not described
385 by shower emissions. If the initial-state showers are switched off 
386 these collinear photons will carry the full radiated energy.  
387 </flag> 
388
389 <h3>Incoming parton selection</h3>
390
391 There is one useful degree of freedom to restrict the set of incoming 
392 quark flavours for hard processes. It does not change the PDF's as such, 
393 only which quarks are allowed to contribute to the hard-process cross 
394 sections. Note that separate but similarly named modes are available 
395 for multiple interactions and spacelike showers.
396
397 <modeopen name="PDFinProcess:nQuarkIn" default="5" min="0" max="5">
398 Number of allowed incoming quark flavours in the beams; a change 
399 to 4 would thus exclude <ei>b</ei> and <ei>bbar</ei> as incoming 
400 partons, etc.
401 </modeopen>
402
403 </chapter>
404
405 <!-- Copyright (C) 2010 Torbjorn Sjostrand -->