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  • Committer: Package Import Robot
  • Author(s): Lifeng Sun
  • Date: 2012-05-22 11:43:00 UTC
  • Revision ID: package-import@ubuntu.com-20120522114300-0jvsv2vl4o2bo435
Tags: upstream-8.1.65
ImportĀ upstreamĀ versionĀ 8.1.65

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Lines of Context:
 
1
<html>
 
2
<head>
 
3
<title>Particle Decays</title>
 
4
<link rel="stylesheet" type="text/css" href="pythia.css"/>
 
5
<link rel="shortcut icon" href="pythia32.gif"/>
 
6
</head>
 
7
<body>
 
8
 
 
9
<h2>Particle Decays</h2>
 
10
 
 
11
The <code>ParticleDecays</code> class performs the sequential decays of 
 
12
all unstable hadrons produced in the string fragmentation stage,
 
13
i.e. up to and including <i>b</i> hadrons and their decay products, 
 
14
such as the <i>tau</i> lepton. It is not to be used for the decay of 
 
15
more massive <a href="ResonanceDecays.html" target="page">resonances</a>, such as top, 
 
16
<i>Z^0</i> or SUSY, where decays must be performed already at the 
 
17
<code>ProcessLevel</code> of the event generation.
 
18
 
 
19
<p/>
 
20
The decay description essentially copies the one present in 
 
21
PYTHIA since many years, but with some improvements, e.g. in the decay
 
22
tables and the number of decay models available. Recently a more
 
23
sophisticated handling of <i>tau</i> decays has also been introduced.
 
24
Some issues may need further polishing.
 
25
 
 
26
<h3>Variables determining whether a particle decays</h3>
 
27
 
 
28
Before a particle is actually decayed, a number of checks are made.
 
29
 
 
30
<p/>
 
31
(i) Decay modes must have been defined for the particle kind;    
 
32
tested by the <code>canDecay()</code> method of <code>Event</code> 
 
33
(and <code>ParticleData</code>).        
 
34
 
 
35
<p/>
 
36
(ii) The main switch for allowing this particle kind to decay must 
 
37
be on; tested by the <code>mayDecay()</code> method of <code>Event</code> 
 
38
(and <code>ParticleData</code>). 
 
39
 
 
40
<p/>
 
41
(iii) Particles may be requested to have a nominal proper lifetime 
 
42
<i>tau0</i> below a threshold.
 
43
 
 
44
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:limitTau0 &nbsp;</strong> 
 
45
 (<code>default = <strong>off</strong></code>)<br/>
 
46
When on, only particles with <i>tau0 &lt; tau0Max</i> are decayed.
 
47
  
 
48
 
 
49
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:tau0Max &nbsp;</strong> 
 
50
 (<code>default = <strong>10.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>)<br/>
 
51
The above <i>tau0Max</i>, expressed in mm/c.
 
52
  
 
53
 
 
54
<p/>
 
55
(iv) Particles may be requested to have an actual proper lifetime 
 
56
<i>tau</i> below a threshold.
 
57
 
 
58
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:limitTau &nbsp;</strong> 
 
59
 (<code>default = <strong>off</strong></code>)<br/>
 
60
When on, only particles with <i>tau &lt; tauMax</i> are decayed.
 
61
  
 
62
 
 
63
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:tauMax &nbsp;</strong> 
 
64
 (<code>default = <strong>10.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>)<br/>
 
65
The above <i>tauMax</i>, expressed in mm/c.<br/>
 
66
In order for this and the subsequent tests to work, a <i>tau</i> 
 
67
is selected and stored for each particle, whether in the end it
 
68
decays or not. (If each test would use a different temporary 
 
69
<i>tau</i> it would lead to inconsistencies.)
 
70
  
 
71
 
 
72
<p/>
 
73
(v) Particles may be requested to decay within a given distance 
 
74
of the origin.
 
75
 
 
76
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:limitRadius &nbsp;</strong> 
 
77
 (<code>default = <strong>off</strong></code>)<br/>
 
78
When on, only particles with a decay within a radius <i>r &lt; rMax</i> 
 
79
are decayed. There is assumed to be no magnetic field or other 
 
80
detector effects.
 
81
  
 
82
 
 
83
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:rMax &nbsp;</strong> 
 
84
 (<code>default = <strong>10.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>)<br/>
 
85
The above <i>rMax</i>, expressed in mm.
 
86
   
 
87
 
 
88
<p/>
 
89
(vi) Particles may be requested to decay within a given cylidrical 
 
90
volume around the origin.
 
91
 
 
92
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:limitCylinder &nbsp;</strong> 
 
93
 (<code>default = <strong>off</strong></code>)<br/>
 
94
When on, only particles with a decay within a volume limited by
 
95
<i>rho = sqrt(x^2 + y^2) &lt; xyMax</i> and <i>|z| &lt; zMax</i> 
 
96
are decayed. There is assumed to be no magnetic field or other 
 
97
detector effects.
 
98
  
 
99
 
 
100
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:xyMax &nbsp;</strong> 
 
101
 (<code>default = <strong>10.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>)<br/>
 
102
The above <i>xyMax</i>, expressed in mm.
 
103
   
 
104
 
 
105
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:zMax &nbsp;</strong> 
 
106
 (<code>default = <strong>10.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>)<br/>
 
107
The above <i>zMax</i>, expressed in mm.
 
108
   
 
109
 
 
110
<h3>Mixing</h3>
 
111
 
 
112
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:mixB &nbsp;</strong> 
 
113
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
114
Allow or not <i>B^0 - B^0bar</i> and <i>B_s^0 - B_s^0bar</i> mixing.
 
115
  
 
116
 
 
117
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:xBdMix &nbsp;</strong> 
 
118
 (<code>default = <strong>0.776</strong></code>; <code>minimum = 0.74</code>; <code>maximum = 0.81</code>)<br/>
 
119
The mixing parameter <i>x_d = Delta(m_B^0)/Gamma_B^0</i> in the 
 
120
<i>B^0 - B^0bar</i> system. (Default from RPP2006.)
 
121
   
 
122
 
 
123
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:xBsMix &nbsp;</strong> 
 
124
 (<code>default = <strong>26.05</strong></code>; <code>minimum = 22.0</code>; <code>maximum = 30.0</code>)<br/>
 
125
The mixing parameter <i>x_s = Delta(m_B_s^0)/Gamma_B_s^0</i> in the 
 
126
<i>B_s^0 - B_s^0bar</i> system. (Delta-m from CDF hep-ex-0609040,
 
127
Gamma from RPP2006.)
 
128
   
 
129
 
 
130
<h3>Tau decays</h3>
 
131
 
 
132
A new machinery has been introduced to handle <i>tau</i> lepton decays, 
 
133
with helicity information related to the production process and with
 
134
the form of the hadronic current fitted to data. It is largely based
 
135
on the corresponding Herwig++ implementation [<a href="Bibliography.html" target="page">Gre07</a>], with
 
136
some input from Tauola [<a href="Bibliography.html" target="page">Jad90</a>]. A complete writeup is 
 
137
in preparation [<a href="Bibliography.html" target="page">Ilt11</a>]. 
 
138
 
 
139
<p/>
 
140
For <i>tau</i>s in external processes, interfaced with Les Houches 
 
141
Acccord information available, e.g. via Les Houches Event Files (LHEF), 
 
142
the new machinery interprets the SPINUP number for <i>tau</i> leptons 
 
143
as giving their helicity, and decays them accordingly. The only exceptions 
 
144
are when a specific polarization is forced by the user (see below), 
 
145
which then overrides the SPINUP value, or when SPINUP has the special 
 
146
value 9 (unpolarized). In the latter case, PYTHIA defaults back to 
 
147
attempting to determine the helicity structure from the production 
 
148
process, in the same way as for internal processes.
 
149
 
 
150
<p/>
 
151
This new machinery is on by default, but it is possible to revert to 
 
152
the simpler old decay handling, e.g. to study differences. Furthermore
 
153
the spin tracing framework does not yet cover all possibilities; notably 
 
154
it cannot handle taus coming from SUSY decay chains 
 
155
(except via LHEF), so it makes sense 
 
156
to switch off the new machinery in such instances, for speed reasons if 
 
157
nothing else. In case only one tau mother species is undefined, the 
 
158
polarization involved can be set by hand.
 
159
 
 
160
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:sophisticatedTau &nbsp;</strong> 
 
161
 (<code>default = <strong>1</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 3</code>)<br/>
 
162
Choice of <i>tau</i> decay model.
 
163
<br/><code>option </code><strong> 0</strong> : old decay model, with isotropic decays. 
 
164
When reading LHEF files, the SPINUP digit will be ignored.  
 
165
<br/><code>option </code><strong> 1</strong> : sophisticated decays where <i>tau</i> polarization is 
 
166
calculated from the <i>tau</i> production mechanism. 
 
167
When reading LHEF files, the SPINUP digit will be used.
 
168
  
 
169
<br/><code>option </code><strong> 2</strong> : sophisticated decays as above, but additionally <i>tau</i> 
 
170
polarization is set to <code>ParticleDecaus:tauPolarization</code> for 
 
171
<i>tau</i>s produced from <code>ParticleDecays:tauMother</code>. 
 
172
When reading LHEF files, this overrides the SPINUP digit. 
 
173
  
 
174
<br/><code>option </code><strong> 3</strong> : sophisticated decays where <i>tau</i> polarization is set 
 
175
to <code>ParticleDecaus:tauPolarization</code> for all <i>tau</i> decays. 
 
176
When reading LHEF files, this overrides the SPINUP digit. 
 
177
  
 
178
<br/><b>Note</b>: options <code>2</code> and <code>3</code>, 
 
179
to force a specific <i>tau</i> polarization, only affect the decay 
 
180
of the <i>tau</i>. The angular distribution of the <i>tau</i> itself, 
 
181
given by its production, is not modified by these options. If you want, e.g., 
 
182
a righthanded <i>W</i>, or a SUSY decay chain, the kinematics should 
 
183
be handled by the corresponding cross section class(es), supplemented by 
 
184
the resonance decay one(s). The options here could then still be used 
 
185
to ensure the correct polarization at the <i>tau</i> decay stage.
 
186
  
 
187
 
 
188
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:tauPolarization &nbsp;</strong> 
 
189
 (<code>default = <strong>0</strong></code>; <code>minimum = -1.</code>; <code>maximum = 1.</code>)<br/>
 
190
Polarization of the <i>tau</i> when mode <i>2</i> or <i>3</i> of 
 
191
<code>ParticleDecays:sophisticatedTau</code> is selected.
 
192
  
 
193
 
 
194
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:tauMother &nbsp;</strong> 
 
195
 (<code>default = <strong>0</strong></code>; <code>minimum = 0</code>)<br/>
 
196
Mother of the <i>tau</i> for forced polarization when mode <i>2</i> of 
 
197
<code>ParticleDecays:sophisticatedTau</code> is selected. You should give the
 
198
positive identity code; to the extent an antiparticle exists it will
 
199
automatically obtain the inverse polarization.
 
200
  
 
201
 
 
202
<h3>Other variables</h3>
 
203
 
 
204
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:mSafety &nbsp;</strong> 
 
205
 (<code>default = <strong>0.0005</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>; <code>maximum = 0.01</code>)<br/>
 
206
Minimum mass difference required between the decaying mother mass 
 
207
and the sum of the daughter masses, kept as a safety margin to avoid
 
208
numerical problems in the decay generation.
 
209
   
 
210
 
 
211
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:sigmaSoft &nbsp;</strong> 
 
212
 (<code>default = <strong>0.5</strong></code>; <code>minimum = 0.2</code>; <code>maximum = 2.</code>)<br/>
 
213
In semileptonic decays to more than one hadron, such as 
 
214
<i>B -> nu l D pi</i>, decay products after the first three are 
 
215
dampened in momentum by an explicit weight factor 
 
216
<i>exp(-p^2/sigmaSoft^2)</i>, where <i>p</i> is the 
 
217
three-momentum in the rest frame of the decaying particle.
 
218
This takes into account that such further particles come from the
 
219
fragmentation of the spectator parton and thus should be soft.   
 
220
   
 
221
 
 
222
<p/>
 
223
When a decay mode is defined in terms of a partonic content, a random 
 
224
multiplicity (and a random flavour set) of hadrons is to be picked, 
 
225
especially for some charm and bottom decays. This is done according to 
 
226
a Poissonian distribution, for <i>n_p</i> normal particles and 
 
227
<i>n_q</i> quarks the average value is chosen as  
 
228
<br/><i>
 
229
  n_p/ 2 + n_q/4 + multIncrease * ln ( mDiff / multRefMass)
 
230
</i><br/>
 
231
with <i>mDiff</i> the difference between the decaying particle mass 
 
232
and the sum of the normal-particle masses and the constituent quark masses. 
 
233
For gluonic systems <i>multGoffset</i> offers and optional additional 
 
234
term to the multiplicity. The lowest possible multiplicity is 
 
235
<i>n_p + n_q/2</i> (but at least 2) and the highest possible 10.
 
236
If the picked hadrons have a summed mass above that of the mother a 
 
237
new try is made, including a new multiplicity. These constraints 
 
238
imply that the actual average multiplicity does not quite agree with
 
239
the formula above.
 
240
 
 
241
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:multIncrease &nbsp;</strong> 
 
242
 (<code>default = <strong>4.</strong></code>; <code>minimum = 2.</code>; <code>maximum = 6.</code>)<br/>
 
243
The above <i>multIncrease</i> parameter, except for 
 
244
<code>meMode = 23</code>.
 
245
   
 
246
 
 
247
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:multIncreaseWeak &nbsp;</strong> 
 
248
 (<code>default = <strong>2.5</strong></code>; <code>minimum = 1.</code>; <code>maximum = 4.</code>)<br/>
 
249
The above <i>multIncrease</i> parameter, specifically for 
 
250
<code>meMode = 23</code>. Here the weak decay implies that only the 
 
251
virtual W mass should contribute to the production of new particles, 
 
252
rather than the full meson mass.
 
253
   
 
254
 
 
255
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:multRefMass &nbsp;</strong> 
 
256
 (<code>default = <strong>0.7</strong></code>; <code>minimum = 0.2</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
257
The above <i>multRefMass</i> parameter.
 
258
   
 
259
 
 
260
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:multGoffset &nbsp;</strong> 
 
261
 (<code>default = <strong>0.5</strong></code>; <code>minimum = 0.0</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
262
The above <i>multGoffset</i> parameter.
 
263
   
 
264
 
 
265
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:colRearrange &nbsp;</strong> 
 
266
 (<code>default = <strong>0.5</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>; <code>maximum = 1.0</code>)<br/>
 
267
When a decay is given as a list of four partons to be turned into
 
268
hadrons (primarily for modes 41 - 80)  it is assumed that they are 
 
269
listed in pairs, as a first and a second colour singlet, which could 
 
270
give rise to separate sets of hadrons. Here <i>colRearrange</i> is 
 
271
the probability that this original assignment is not respected, and 
 
272
default corresponds to no memory of this original colour topology.
 
273
   
 
274
 
 
275
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> ParticleDecays:FSRinDecays &nbsp;</strong> 
 
276
 (<code>default = <strong>true</strong></code>)<br/>
 
277
When a particle decays to <i>q qbar</i>, <i>g g</i>, <i>g g g</i> 
 
278
or <i>gamma g g</i>, with <code>meMode > 90</code>, allow or not a 
 
279
shower to develop from it, before the partonic system is hadronized. 
 
280
(The typical example is <i>Upsilon</i> decay.)
 
281
  
 
282
 
 
283
In addition, some variables defined for string fragmentation and for
 
284
flavour production are used also here.
 
285
 
 
286
<h3>Modes for Matrix Element Processing</h3>
 
287
 
 
288
Some decays can be treated better than what pure phase space allows,
 
289
by reweighting with appropriate matrix elements. In others a partonic
 
290
content has to be converted to a set of hadrons. The presence of such
 
291
corrections is signalled by a nonvanishing <code>meMode()</code> value
 
292
for a decay mode in the <a href="ParticleDataScheme.html" target="page">particle
 
293
data table</a>. The list of allowed possibilities almost agrees with the 
 
294
PYTHIA 6 ones, but several obsolete choices have been removed, 
 
295
a few new introduced, and most have been moved for better consistency. 
 
296
Here is the list of currently allowed <code>meMode()</code> codes:
 
297
<ul>
 
298
<li>  0 : pure phase space of produced particles ("default");
 
299
input of partons is allowed and then the partonic content is 
 
300
converted into the minimal number of hadrons (i.e. one per
 
301
parton pair, but at least two particles in total)</li>
 
302
<li>  1 : <i>omega</i> and <i>phi -> pi+ pi- pi0</i></li>
 
303
<li>  2 : polarization in <i>V -> PS + PS</i> (<i>V</i> = vector, 
 
304
<i>PS</i> = pseudoscalar), when <i>V</i> is produced by 
 
305
<i>PS -> PS + V</i> or <i>PS -> gamma + V</i></li>
 
306
<li> 11 : Dalitz decay into one particle, in addition to the 
 
307
lepton pair (also allowed to specify a quark-antiquark pair that 
 
308
should collapse to a single hadron)</li>
 
309
<li> 12 : Dalitz decay into two or more particles in addition 
 
310
to the lepton pair</li>
 
311
<li> 13 : double Dalitz decay into two lepton pairs</li>
 
312
<li> 21 : decay to phase space, but weight up <i>neutrino_tau</i> spectrum
 
313
in <i>tau</i> decay</li>
 
314
<li> 22 : weak decay; if there is a quark spectator system it collapses to 
 
315
one hadron; for leptonic/semileptonic decays the <i>V-A</i> matrix element
 
316
is used, for hadronic decays simple phase space</li>
 
317
<li> 23 : as 22, but require at least three particles in decay</li>
 
318
<li> 31 : decays of type B -> gamma X, very primitive simulation where
 
319
X is given in terms of its flavour content, the X multiplicity is picked 
 
320
according to a geometrical distribution with average number 2, and 
 
321
the photon energy spectrum is weighted up relative to pure phase space</li>
 
322
<li> 42 - 50 : turn partons into a random number of hadrons, picked according 
 
323
to a Poissonian with average value as described above, but at least 
 
324
<code>code</code> - 40 and at most 10, and then distribute then in pure 
 
325
phase space; make a new try with another multiplicity if the sum of daughter
 
326
masses exceed the mother one </li>
 
327
<li> 52 - 60 : as 42 - 50, with multiplicity between <code>code</code> - 50 
 
328
and 10, but avoid already explicitly listed non-partonic channels</li>
 
329
<li> 62 - 70 : as 42 - 50, but fixed multiplicity <code>code</code> - 60</li>
 
330
<li> 72 - 80 : as 42 - 50, but fixed multiplicity <code>code</code> - 70,
 
331
and avoid already explicitly listed non-partonic channels</li>
 
332
<li> 91 : decay to <i>q qbar</i> or <i>g g</i>, which should shower 
 
333
and hadronize</li>
 
334
<li> 92 : decay onium to <i>g g g</i> or <i>g g gamma</i> 
 
335
(with matrix element), which should shower and hadronize</li>
 
336
<li> 100 - : reserved for the description of partial widths of 
 
337
<a href="ResonanceDecays.html" target="page">resonances</a></li>
 
338
</ul>
 
339
 
 
340
Three special decay product identity codes are defined.
 
341
<ul>
 
342
<li>81: remnant flavour. Used for weak decays of c and b hadrons, where the
 
343
c or b quark decays and the other quarks are considered as a spectator
 
344
remnant in this decay. In practice only used for baryons with multiple 
 
345
c and b quarks, which presumably would never be used, but have simple
 
346
(copied) just-in-case decay tables. Assumed to be last decay product.</li> 
 
347
<li>82: random flavour, picked by the standard fragmentation flavour
 
348
machinery, used to start a sequence of hadrons, for matrix element
 
349
codes in 41 - 80. Assumed to be first decay product, with -82 as second
 
350
and last. Where multiplicity is free to be picked it is selected as for
 
351
normal quarkonic systems. Currently unused.</li>  
 
352
<li>83: as for 82, with matched pair 83, -83 of decay products. The 
 
353
difference is that here the pair is supposed to come from a closed gluon 
 
354
loop (e.g. <i>eta_c -> g g</i>) and so have a somewhat higher average
 
355
multiplicity than the simple string assumed for 82, see the
 
356
<code>ParticleDecays:multGoffset</code> parameter above.</li>
 
357
</ul>
 
358
 
 
359
</body>
 
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</html>
 
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