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1 <chapter name="Electroweak Processes">
2
3 <h2>Electroweak Processes</h2>
4
5 This page contains processes involving Prompt-photon, <ei>gamma^*/Z^0</ei> 
6 and <ei>W^+-</ei> production, plus a few with <ei>t</ei>-channel boson 
7 exchange. 
8
9 <h3>Prompt photon processes</h3>
10
11 This group collects the processes where one or two photons are
12 produced by the hard process. Additional sources of photons 
13 include parton showers and hadron decays. A <ei>pT</ei> cut
14 is required to stay away from the unphysical low-<ei>pT</ei> region.
15 An eikonalized description, intended to be valid at all <ei>pT</ei>,
16 is included as part of the multiparton-interactions framework.
17
18 <flag name="PromptPhoton:all" default="off">
19 Common switch for the group of all prompt photon processes, 
20 as listed separately in the following.
21 </flag>
22
23 <flag name="PromptPhoton:qg2qgamma" default="off">
24 Scattering <ei>q g -> q gamma</ei>.
25 Code 201.
26 </flag>
27
28 <flag name="PromptPhoton:qqbar2ggamma" default="off">
29 Scattering <ei>q qbar -> g gamma</ei>.
30 Code 202.
31 </flag>
32
33 <flag name="PromptPhoton:gg2ggamma" default="off">
34 Scattering <ei>g g -> g gamma</ei>.
35 <note>Note:</note> This is a box graph. The full quark-mass dependence 
36 in the loop leads to very complicated expressions. The current 
37 implementation is based on assuming five massless quarks (see below), 
38 and thus is questionable at small (<ei>pT &lt; m_b</ei>) or large 
39 (<ei>pT > m_t</ei>) transverse momenta.
40 Code 203.
41 </flag>
42
43 <flag name="PromptPhoton:ffbar2gammagamma" default="off">
44 Scattering <ei>q qbar -> gamma gamma</ei>.
45 Code 204.
46 </flag>
47
48 <flag name="PromptPhoton:gg2gammagamma" default="off">
49 Scattering <ei>g g -> gamma gamma</ei>.
50 <note>Note:</note> This is a box graph. The full quark-mass dependence 
51 in the loop leads to very complicated expressions. The current 
52 implementation is based on assuming five massless quarks (see below), 
53 and thus is questionable at small (<ei>pT &lt; m_b</ei>) or large 
54 (<ei>pT > m_t</ei>) transverse momenta.
55 Code 205.
56 </flag>
57
58 <modeopen name="PromptPhoton:nQuarkLoop" default="5" min="3" max="6">
59 Number of quark flavours included in the box graphs resposible for 
60 <ei>g g -> g gamma</ei> and <ei>g g-> gamma gamma</ei> processes.
61 Owing to the complexity if the massive expressions, quarks are treated 
62 as massless. The default value should be applicable in the range of 
63 transverse momenta above the <ei>b</ei> mass but below the <ei>t</ei> one.
64 </modeopen>
65
66 <h3>Weak boson processes</h3>
67
68 Under this heading we group processes involving the production
69 of a single electroweak gauge boson, i.e. a <ei>gamma^*/Z^0</ei>
70 or a <ei>W^+-</ei>, or a pair of them, or one of them in 
71 combination with a parton. Since the three sets are partly 
72 conflicting, each is associated with its own group flag.
73 In addition, <ei>t</ei>-channel exchange of such a boson 
74 between two fermions form a separate group.
75
76 <p/>
77 There is one flag that can be used to influence the <ei>gamma^*/Z^0</ei>
78 structure in all the processes below where it is produced, unless 
79 otherwise stated. 
80 <modepick name="WeakZ0:gmZmode" default="0" min="0" max="2">
81 Choice of full <ei>gamma^*/Z^0</ei> structure or not in relevant 
82 processes.
83 <option value="0">full <ei>gamma^*/Z^0</ei> structure,
84 with interference included.</option>
85 <option value="1">only pure <ei>gamma^*</ei> contribution.</option>
86 <option value="2">only pure <ei>Z^0</ei> contribution.</option>
87 <note>Note</note>: irrespective of the option used, the particle produced 
88 will always be assigned code 23 for <ei>Z^0</ei>, and open decay channels
89 is purely dictated by what is set for the <ei>Z^0</ei>. 
90 </modepick>
91
92 <h4>Boson exchange</h4>
93
94 The two processes in this subgroup is included as part of the 
95 multiparton-interactions framework.
96
97 <flag name="WeakBosonExchange:all" default="off">
98 Common switch for the group of <ei>gamma^*/Z^0</ei>
99 or <ei>W^+-</ei> exchange between two fermions.
100 </flag>
101
102 <flag name="WeakBosonExchange:ff2ff(t:gmZ)" default="off">
103 Scattering <ei>f f' -> f f'</ei> via </ei>gamma^*/Z^0</ei>
104 <ei>t</ei>-channel exchange, with full interference
105 between the <ei>gamma^*</ei> and <ei>Z^0</ei>.
106 Code 211.
107 </flag>
108
109 <flag name="WeakBosonExchange:ff2ff(t:W)" default="off">
110 Scattering <ei>f_1 f_2 -> f_3 f_4</ei> via </ei>W^+-</ei>
111 <ei>t</ei>-channel exchange.
112 Code 212.
113 </flag>
114
115 <h4>Single boson</h4>
116
117 <flag name="WeakSingleBoson:all" default="off">
118 Common switch for the group of a single <ei>gamma^*/Z^0</ei>
119 or <ei>W^+-</ei> production.
120 </flag>
121
122 <flag name="WeakSingleBoson:ffbar2gmZ" default="off">
123 Scattering <ei>f fbar -> gamma^*/Z^0</ei>, with full interference
124 between the <ei>gamma^*</ei> and <ei>Z^0</ei>.
125 Code 221.
126 </flag>
127
128 <flag name="WeakSingleBoson:ffbar2W" default="off">
129 Scattering <ei>f fbar' -> W^+-</ei>.
130 Code 222.
131 </flag>
132
133 <flag name="WeakSingleBoson:ffbar2ffbar(s:gm)" default="off">
134 Scattering <ei>f fbar -> gamma^* -> f' fbar'</ei>. Subset of 
135 process 221, but written as a <ei>2 -> 2</ei> process, so that 
136 <ei>pT</ei> can be used as ordering variable, e.g. in multiparton 
137 interactions. Hardcoded for the final state being either of the 
138 five quark flavours or three lepton ones. Not included in the 
139 <code>WeakSingleBoson:all</code> set, but included in the 
140 multiparton-interactions framework. 
141 Code 223.
142 </flag>
143
144 <h4>Boson pair</h4>
145
146 Note that, in the decay of the two vector bosons produced by an 
147 <ei>f fbar -> V V</ei> process, the full four-fermion correlations 
148 from the leading-order <ei>f fbar -> V V -> 4f</ei> matrix elements 
149 are included <ref>Gun86</ref> (with some extensions by the authors).
150 The matrix elements are provided in the double-resonant approach, i.e. 
151 excludes graph like <ei>f fbar -> V -> f fbar -> f fbar V -> 4f</ei>.
152
153 <flag name="WeakDoubleBoson:all" default="off">
154 Common switch for the group of pair production of <ei>gamma^*/Z^0</ei>
155 and <ei>W^+-</ei>.
156 </flag>
157  
158 <flag name="WeakDoubleBoson:ffbar2gmZgmZ" default="off">
159 Scattering <ei>f fbar' -> gamma^*/Z^0 gamma^*/Z^0</ei>. 
160 Code 231.
161 </flag>
162
163 <flag name="WeakDoubleBoson:ffbar2ZW" default="off">
164 Scattering <ei>f fbar' -> Z^0 W^+-</ei>. Note that here the 
165 <ei>gamma^*</ei> contribution is not (currently) included.
166 Code 232.
167 </flag>
168  
169 <flag name="WeakDoubleBoson:ffbar2WW" default="off">
170 Scattering <ei>f fbar -> W^+ W^-</ei>.
171 Code 233.
172 </flag>
173
174 <h4>Boson and parton</h4>
175
176 <flag name="WeakBosonAndParton:all" default="off">
177 Common switch for the group of production of a single electroweak 
178 gauge boson, i.e. a <ei>gamma^*/Z^0</ei> or a <ei>W^+-</ei>, in 
179 association with a parton, i.e. a quark, gluon, photon or lepton.
180 These processes give first-order corrections to the ones in the
181 <code>WeakSingleBoson</code> class, and both sets cannot be used
182 simultaneously without unphysical doublecounting. The current class
183 should only be used to study the high-<ei>pT</ei> tail of the 
184 gauge-boson production processes (for LHC applications at least
185 <ei>pT</ei> > 20 GeV), while the ones in <code>WeakSingleBoson</code> 
186 should be used for inclusive production.
187 </flag>
188  
189 <flag name="WeakBosonAndParton:qqbar2gmZg" default="off">
190 Scattering <ei>q qbar -> gamma^*/Z^0 g</ei>.
191 Code 241.
192 </flag>
193  
194 <flag name="WeakBosonAndParton:qg2gmZq" default="off">
195 Scattering <ei>q g -> gamma^*/Z^0 q </ei>.
196 Code 242.
197 </flag>
198  
199 <flag name="WeakBosonAndParton:ffbar2gmZgm" default="off">
200 Scattering <ei>f fbar -> gamma^*/Z^0 gamma</ei>.
201 Code 243.
202 </flag>
203  
204 <flag name="WeakBosonAndParton:fgm2gmZf" default="off">
205 Scattering <ei>f gamma ->  gamma^*/Z^0 f</ei>.
206 Code 244.
207 </flag>
208  
209 <flag name="WeakBosonAndParton:qqbar2Wg" default="off">
210 Scattering <ei>q qbar -> W^+- g</ei>.
211 Code 251.
212 </flag>
213  
214 <flag name="WeakBosonAndParton:qg2Wq" default="off">
215 Scattering <ei>q g -> W^+- q</ei>.
216 Code 252.
217 </flag>
218  
219 <flag name="WeakBosonAndParton:ffbar2Wgm" default="off">
220 Scattering <ei>f fbar -> W^+- gamma</ei>.
221 Code 253.
222 </flag>
223  
224 <flag name="WeakBosonAndParton:fgm2Wf" default="off">
225 Scattering <ei>f gamma -> W^+- f</ei>.
226 Code 254.
227 </flag>
228
229 <h3> Photon Collision Processes</h3>
230
231 A few electroweak two-photon production processes are available.
232 To use them, photon PDFs have to be defined for the incoming
233 beam particles. For proton beams an appropriate set would be
234 MRST QED 2004 <ref>Mar05</ref>, available in the LHAPDF library.
235
236 <flag name="PhotonCollision:all" default="off">
237 Common switch for the group of six processes presented below.
238 </flag>
239
240 <flag name="PhotonCollision:gmgm2qqbar" default="off">
241 Scatterings <ei>gamma gamma -> q qbar</ei>, where <ei>q</ei> 
242 is a light quark (<ei>u, d, s</ei>) .
243 Code 261.
244 </flag>
245
246 <flag name="PhotonCollision:gmgm2ccbar" default="off">
247 Scattering <ei>gamma gamma -> c cbar</ei>.
248 Code 262.
249 </flag>
250
251 <flag name="PhotonCollision:gmgm2bbbar" default="off">
252 Scattering <ei>gamma gamma -> b bbar</ei>.
253 Code 263.
254 </flag>
255
256 <flag name="PhotonCollision:gmgm2ee" default="off">
257 Scattering <ei>gamma gamma -> e+ e-</ei>.
258 Code 264.
259 </flag>
260
261 <flag name="PhotonCollision:gmgm2mumu" default="off">
262 Scattering <ei>gamma gamma -> mu+ mu-</ei>.
263 Code 265.
264 </flag>
265
266 <flag name="PhotonCollision:gmgm2tautau" default="off">
267 Scattering <ei>gamma gamma -> tau+ tau-</ei>.
268 Code 266.
269 </flag>
270
271 </chapter>
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273 <!-- Copyright (C) 2012 Torbjorn Sjostrand -->
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