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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>Timelike Showers</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>Timelike Showers</h2>
 
10
 
 
11
The PYTHIA algorithm for timelike final-state showers is based on
 
12
the article [<a href="Bibliography.html" target="page">Sjo05</a>], where a transverse-momentum-ordered
 
13
evolution scheme is introduced, with the extension to fully interleaved
 
14
evolution covered in [<a href="Bibliography.html" target="page">Cor10a</a>]. This algorithm is influenced by
 
15
the previous mass-ordered algorithm in PYTHIA [<a href="Bibliography.html" target="page">Ben87</a>] and by 
 
16
the dipole-emission formulation in Ariadne [<a href="Bibliography.html" target="page">Gus86</a>]. From the 
 
17
mass-ordered algorithm it inherits a merging procedure for first-order 
 
18
gluon-emission matrix elements in essentially all two-body decays 
 
19
in the standard model and its minimal supersymmetric extension 
 
20
[<a href="Bibliography.html" target="page">Nor01</a>]. 
 
21
 
 
22
<p/>
 
23
The normal user is not expected to call <code>TimeShower</code> directly, 
 
24
but only have it called from <code>Pythia</code>. Some of the parameters 
 
25
below, in particular <code>TimeShower:alphaSvalue</code>, would be of 
 
26
interest for a tuning exercise, however. 
 
27
 
 
28
<h3>Main variables</h3>
 
29
 
 
30
Often the maximum scale of the FSR shower evolution is understood from the
 
31
context. For instance, in a resonace decay half the resonance mass sets an
 
32
absolute upper limit. For a hard process in a hadronic collision the choice
 
33
is not as unique. Here the <a href="CouplingsAndScales.html" target="page">factorization 
 
34
scale</a> has been chosen as the maximum evolution scale. This would be 
 
35
the <i>pT</i> for a <i>2 -> 2</i> process, supplemented by mass terms 
 
36
for massive outgoing particles. For some special applications we do allow
 
37
an alternative.
 
38
 
 
39
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTmaxMatch &nbsp;</strong> 
 
40
 (<code>default = <strong>1</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 2</code>)<br/>
 
41
Way in which the maximum shower evolution scale is set to match the 
 
42
scale of the hard process itself.
 
43
<br/><code>option </code><strong> 0</strong> : <b>(i)</b> if the final state of the hard process 
 
44
(not counting subsequent resonance decays) contains at least one quark 
 
45
(<i>u, d, s, c ,b</i>), gluon or photon then <i>pT_max</i> 
 
46
is chosen to be the factorization scale for internal processes 
 
47
and the <code>scale</code> value for Les Houches input; 
 
48
<b>(ii)</b> if not, emissions are allowed to go all the way up to 
 
49
the kinematical limit (i.e. to half the dipole mass). 
 
50
This option agrees with the corresponding one for 
 
51
<a href="SpacelikeShowers.html" target="page">spacelike showers</a>. There the 
 
52
reasoning is that in the former set of processes the ISR
 
53
emission of yet another quark, gluon or photon could lead to
 
54
doublecounting, while no such danger exists in the latter case.
 
55
The argument is less compelling for timelike showers, but could
 
56
be a reasonable starting point.
 
57
  
 
58
<br/><code>option </code><strong> 1</strong> : always use the factorization scale for an internal
 
59
process and the <code>scale</code> value for Les Houches input, 
 
60
i.e. the lower value. This should avoid doublecounting, but
 
61
may leave out some emissions that ought to have been simulated.
 
62
(Also known as wimpy showers.)
 
63
  
 
64
<br/><code>option </code><strong> 2</strong> : always allow emissions up to the kinematical limit 
 
65
(i.e. to half the dipole mass). This will simulate all possible event 
 
66
topologies, but may lead to doublecounting. 
 
67
(Also known as power showers.)
 
68
  
 
69
<br/><b>Note:</b> These options only apply to the hard interaction.
 
70
Emissions off subsequent multiparton interactions are always constrainted
 
71
to be below the factorization scale of the process itself. They also
 
72
assume you use interleaved evolution, so that FSR is in direct 
 
73
competition with ISR for the hardest emission. If you already 
 
74
generated a number of ISR partons at low <i>pT</i>, it would not
 
75
make sense to have a later FSR shower up to the kinematical for all
 
76
of them. 
 
77
  
 
78
 
 
79
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTmaxFudge &nbsp;</strong> 
 
80
 (<code>default = <strong>1.0</strong></code>; <code>minimum = 0.25</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
81
In cases where the above <code>pTmaxMatch</code> rules would imply 
 
82
that <i>pT_max = pT_factorization</i>, <code>pTmaxFudge</code> 
 
83
introduces a multiplicative factor <i>f</i> such that instead 
 
84
<i>pT_max = f * pT_factorization</i>. Only applies to the hardest 
 
85
interaction in an event, cf. below. It is strongly suggested that 
 
86
<i>f = 1</i>, but variations around this default can be useful to 
 
87
test this assumption. 
 
88
<br/><b>Note:</b>Scales for resonance decays are not affected, but can 
 
89
be set separately by <a href="UserHooks.html" target="page">user hooks</a>.
 
90
  
 
91
 
 
92
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTmaxFudgeMPI &nbsp;</strong> 
 
93
 (<code>default = <strong>1.0</strong></code>; <code>minimum = 0.25</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
94
A multiplicative factor <i>f</i> such that 
 
95
<i>pT_max = f * pT_factorization</i>, as above, but here for the
 
96
non-hardest interactions (when multiparton interactions are allowed).
 
97
  
 
98
 
 
99
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTdampMatch &nbsp;</strong> 
 
100
 (<code>default = <strong>0</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 2</code>)<br/>
 
101
These options only take effect when a process is allowed to radiate up 
 
102
to the kinematical limit by the above <code>pTmaxMatch</code> choice, 
 
103
and no matrix-element corrections are available. Then, in many processes,
 
104
the fall-off in <i>pT</i> will be too slow by one factor of <i>pT^2</i>. 
 
105
That is, while showers have an approximate <i>dpT^2/pT^2</i> shape, often 
 
106
it should become more like <i>dpT^2/pT^4</i> at <i>pT</i> values above
 
107
the scale of the hard process. This argument is more obvious for ISR,
 
108
but is taken over unchanged for FSR to have a symmetric description.
 
109
<br/><code>option </code><strong> 0</strong> : emissions go up to the kinematical limit, 
 
110
with no special dampening.
 
111
  
 
112
<br/><code>option </code><strong> 1</strong> : emissions go up to the kinematical limit,  
 
113
but dampened by a factor <i>k^2 Q^2_fac/(pT^2 + k^2 Q^2_fac)</i>, 
 
114
where <i>Q_fac</i> is the factorization scale and <i>k</i> is a 
 
115
multiplicative fudge factor stored in <code>pTdampFudge</code> below.
 
116
  
 
117
<br/><code>option </code><strong> 2</strong> : emissions go up to the kinematical limit, 
 
118
but dampened by a factor <i>k^2 Q^2_ren/(pT^2 + k^2 Q^2_ren)</i>, 
 
119
where <i>Q_ren</i> is the renormalization scale and <i>k</i> is a 
 
120
multiplicative fudge factor stored in <code>pTdampFudge</code> below. 
 
121
  
 
122
<br/><b>Note:</b> These options only apply to the hard interaction.
 
123
Emissions off subsequent multiparton interactions are always constrainted
 
124
to be below the factorization scale of the process itself.  
 
125
  
 
126
 
 
127
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTdampFudge &nbsp;</strong> 
 
128
 (<code>default = <strong>1.0</strong></code>; <code>minimum = 0.25</code>; <code>maximum = 4.0</code>)<br/>
 
129
In cases 1 and 2 above, where a dampening is imposed at around the
 
130
factorization or renormalization scale, respectively, this allows the
 
131
<i>pT</i> scale of dampening of radiation by a half to be shifted 
 
132
by this factor relative to the default <i>Q_fac</i> or <i>Q_ren</i>. 
 
133
This number ought to be in the neighbourhood of unity, but variations 
 
134
away from this value could do better in some processes.
 
135
  
 
136
 
 
137
<p/>
 
138
The amount of QCD radiation in the shower is determined by 
 
139
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:alphaSvalue &nbsp;</strong> 
 
140
 (<code>default = <strong>0.1383</strong></code>; <code>minimum = 0.06</code>; <code>maximum = 0.25</code>)<br/>
 
141
The <i>alpha_strong</i> value at scale <i>M_Z^2</i>. The default 
 
142
value corresponds to a crude tuning to LEP data, to be improved.
 
143
  
 
144
 
 
145
<p/>
 
146
The actual value is then regulated by the running to the scale 
 
147
<i>pT^2</i>, at which the shower evaluates <i>alpha_strong</i>
 
148
 
 
149
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:alphaSorder &nbsp;</strong> 
 
150
 (<code>default = <strong>1</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 2</code>)<br/>
 
151
Order at which <i>alpha_strong</i> runs,
 
152
<br/><code>option </code><strong> 0</strong> : zeroth order, i.e. <i>alpha_strong</i> is kept 
 
153
fixed.  
 
154
<br/><code>option </code><strong> 1</strong> : first order, which is the normal value.  
 
155
<br/><code>option </code><strong> 2</strong> : second order. Since other parts of the code do 
 
156
not go to second order there is no strong reason to use this option, 
 
157
but there is also nothing wrong with it.  
 
158
  
 
159
 
 
160
<p/>
 
161
QED radiation is regulated by the <i>alpha_electromagnetic</i>
 
162
value at the <i>pT^2</i> scale of a branching.
 
163
 
 
164
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:alphaEMorder &nbsp;</strong> 
 
165
 (<code>default = <strong>1</strong></code>; <code>minimum = -1</code>; <code>maximum = 1</code>)<br/>
 
166
The running of <i>alpha_em</i>.
 
167
<br/><code>option </code><strong> 1</strong> : first-order running, constrained to agree with
 
168
<code>StandardModel:alphaEMmZ</code> at the <i>Z^0</i> mass.
 
169
  
 
170
<br/><code>option </code><strong> 0</strong> : zeroth order, i.e. <i>alpha_em</i> is kept 
 
171
fixed at its value at vanishing momentum transfer.  
 
172
<br/><code>option </code><strong> -1</strong> : zeroth order, i.e. <i>alpha_em</i> is kept 
 
173
fixed, but at <code>StandardModel:alphaEMmZ</code>, i.e. its value
 
174
at the <i>Z^0</i> mass.
 
175
   
 
176
  
 
177
 
 
178
<p/>
 
179
The rate of radiation if divergent in the <i>pT -> 0</i> limit. Here, 
 
180
however, perturbation theory is expected to break down. Therefore an 
 
181
effective <i>pT_min</i> cutoff parameter is introduced, below which 
 
182
no emissions are allowed. The cutoff may be different for QCD and QED 
 
183
radiation off quarks, and is mainly a technical parameter for QED 
 
184
radiation off leptons.
 
185
 
 
186
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTmin &nbsp;</strong> 
 
187
 (<code>default = <strong>0.4</strong></code>; <code>minimum = 0.1</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
188
Parton shower cut-off <i>pT</i> for QCD emissions.
 
189
  
 
190
 
 
191
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTminChgQ &nbsp;</strong> 
 
192
 (<code>default = <strong>0.4</strong></code>; <code>minimum = 0.1</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
193
Parton shower cut-off <i>pT</i> for photon coupling to coloured particle.
 
194
  
 
195
 
 
196
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:pTminChgL &nbsp;</strong> 
 
197
 (<code>default = <strong>0.0005</strong></code>; <code>minimum = 0.0001</code>; <code>maximum = 2.0</code>)<br/>
 
198
Parton shower cut-off <i>pT</i> for pure QED branchings. 
 
199
Assumed smaller than (or equal to) <code>pTminChgQ</code>.
 
200
  
 
201
 
 
202
<p/> 
 
203
Shower branchings <i>gamma -> f fbar</i>, where <i>f</i> is a 
 
204
quark or lepton, in part compete with the hard processes involving 
 
205
<i>gamma^*/Z^0</i> production. In order to avoid overlap it makes
 
206
sense to correlate the maximum <i>gamma</i> mass allowed in showers
 
207
with the minumum <i>gamma^*/Z^0</i> mass allowed in hard processes.
 
208
In addition, the shower contribution only contains the pure 
 
209
<i>gamma^*</i> contribution, i.e. not the <i>Z^0</i> part, so
 
210
the mass spectrum above 50 GeV or so would not be well described.
 
211
 
 
212
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:mMaxGamma &nbsp;</strong> 
 
213
 (<code>default = <strong>10.0</strong></code>; <code>minimum = 0.001</code>; <code>maximum = 50.0</code>)<br/>
 
214
Maximum invariant mass allowed for the created fermion pair in a 
 
215
<i>gamma -> f fbar</i> branching in the shower.
 
216
  
 
217
 
 
218
<h3>Interleaved evolution</h3>
 
219
 
 
220
Multiparton interactions (MPI) and initial-state showers (ISR) are 
 
221
always interleaved, as follows. Starting from the hard interaction, 
 
222
the complete event is constructed by a set of steps. In each step 
 
223
the <i>pT</i> scale of the previous step is used as starting scale 
 
224
for a downwards evolution. The MPI and ISR components each make
 
225
their respective Monte Carlo choices for the next lower <i>pT</i> 
 
226
value. The one with larger <i>pT</i> is allowed to carry out its 
 
227
proposed action, thereby modifying the conditions for the next steps. 
 
228
This is relevant since the two components compete for the energy 
 
229
contained in the beam remnants: both an interaction and an emission 
 
230
take avay some of the energy, leaving less for the future. The end 
 
231
result is a combined chain of decreasing <i>pT</i> values, where 
 
232
ones associated with new interactions and ones with new emissions 
 
233
are interleaved.  
 
234
 
 
235
<p/>
 
236
There is no corresponding requirement for final-state radiation (FSR)
 
237
to be interleaved. Such an FSR emission does not compete directly for 
 
238
beam energy (but see below), and also can be viewed as occuring after 
 
239
the other two components in some kind of time sense. Interleaving is 
 
240
allowed, however, since it can be argued that a high-<i>pT</i> FSR 
 
241
occurs on shorter time scales than a low-<i>pT</i> MPI, say. 
 
242
Backwards evolution of ISR is also an example that physical time 
 
243
is not the only possible ordering principle, but that one can work 
 
244
with conditional probabilities: given the partonic picture at a  
 
245
specific <i>pT</i> resolution scale, what possibilities are open 
 
246
for a modified picture at a slightly lower <i>pT</i> scale, either 
 
247
by MPI, ISR or FSR? Complete interleaving of the three components also 
 
248
offers advantages if one aims at matching to higher-order matrix 
 
249
elements above some given scale.
 
250
 
 
251
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:interleave &nbsp;</strong> 
 
252
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
253
If on, final-state emissions are interleaved in the same 
 
254
decreasing-<i>pT</i> chain as multiparton interactions and initial-state
 
255
emissions. If off, final-state emissions are only addressed after the
 
256
multiparton interactions and initial-state radiation have been considered.
 
257
  
 
258
 
 
259
<p/>
 
260
As an aside, it should be noted that such interleaving does not affect 
 
261
showering in resonance decays, such as a <i>Z^0</i>. These decays are 
 
262
only introduced after the production process has been considered in full, 
 
263
and the subsequent FSR is carried out inside the resonance, with 
 
264
preserved resonance mass.
 
265
 
 
266
<p/>
 
267
One aspect of FSR for a hard process in hadron collisions is that often
 
268
colour diples are formed between a scattered parton and a beam remnant,
 
269
or rather the hole left behind by an incoming partons. If such holes
 
270
are allowed as dipole ends and take the recoil when the scattered parton 
 
271
undergoes a branching then this translates into the need to take some
 
272
amount of remnant energy also in the case of FSR, i.e. the roles of 
 
273
ISR and FSR are not completely decoupled. The energy taken away is
 
274
bokkept by increasing the <i>x</i> value assigned to the incoming 
 
275
scattering parton, and a reweighting factor 
 
276
<i>x_new f(x_new, pT^2) / x_old f(x_old, pT^2)</i> 
 
277
in the emission probability ensures that not unphysically large 
 
278
<i>x_new</i> values are reached. Usually such <i>x</i> changes are 
 
279
small, and they can be viewed as a higher-order effect beyond the
 
280
accuracy of the leading-log initial-state showers. 
 
281
 
 
282
<p/>
 
283
This choice is not unique, however. As an alternative, if nothing else
 
284
useful for cross-checks, one could imagine that the FSR is completely
 
285
decoupled from the ISR and beam remnants. 
 
286
 
 
287
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:allowBeamRecoil &nbsp;</strong> 
 
288
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
289
If on, the final-state shower is allowed to borrow energy from 
 
290
the beam remnants as described above, thereby changing the mass of the 
 
291
scattering subsystem. If off, the partons in the scattering subsystem 
 
292
are constrained to borrow energy from each other, such that the total
 
293
four-momentum of the system is preserved. This flag has no effect 
 
294
on resonance decays, where the shower always preserves the resonance 
 
295
mass, cf. the comment above about showers for resonances never being 
 
296
interleaved. 
 
297
  
 
298
 
 
299
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:dampenBeamRecoil &nbsp;</strong> 
 
300
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
301
When beam recoil is allowed there is still some ambiguity how far
 
302
into the beam end of the dipole that emission should be allowed.
 
303
It is dampened in the beam region, but probably not enough. 
 
304
When on an additional suppression factor 
 
305
<i>4 pT2_hard / (4 pT2_hard + m2)</i> is multiplied on to the 
 
306
emission probability. Here <i>pT_hard</i> is the transverse momentum
 
307
of the radiating parton and <i>m</i> the off-shell mass it acquires 
 
308
by the branching, <i>m2 = pT2/(z(1-z))</i>. Note that 
 
309
<i>m2 = 4 pT2_hard</i> is the kinematical limit for a scattering 
 
310
at 90 degrees without beam recoil.    
 
311
  
 
312
 
 
313
<h3>Global recoil</h3>
 
314
 
 
315
The final-state algorithm is based on dipole-style recoils, where
 
316
one single parton takes the full recoil of a branching. This is unlike 
 
317
the initial-state algorithm, where the complete already-existing 
 
318
final state shares the recoil of each new emission. As an alternative,
 
319
also the final-state algorithm contains an option where the recoil 
 
320
is shared between all partons in the final state. Thus the radiation
 
321
pattern is unrelated to colour correlations. This is especially
 
322
convenient for some matching algorithms, like MC@NLO, where a full 
 
323
analytic knowledge of the shower radiation pattern is needed to avoid
 
324
doublecountning. (The <i>pT</i>-ordered shower is described in
 
325
[<a href="Bibliography.html" target="page">Sjo05</a>], and the corrections for massive radiator and recoiler
 
326
in [<a href="Bibliography.html" target="page">Nor01</a>].)
 
327
 
 
328
<p/> 
 
329
Technically, the radiation pattern is most conveniently represented
 
330
in the rest frame of the final state of the hard subprocess. Then, for 
 
331
each parton at a time, the rest of the final state can be viewed as 
 
332
a single effective parton. This "parton" has a fixed invariant mass 
 
333
during the emission process, and takes the recoil without any changed 
 
334
direction of motion. The momenta of the individual new recoilers are 
 
335
then obtained by a simple common boost of the original ones.
 
336
 
 
337
<p/> 
 
338
This alternative approach will miss out on the colour coherence
 
339
phenomena. Specifically, with the whole subcollision mass as "dipole"
 
340
mass, the phase space for subsequent emissions is larger than for
 
341
the normal dipole algorithm. The phase space difference grows as 
 
342
more and more gluons are created, and thus leads to a way too steep
 
343
multiplication of soft gluons. Therefore the main application is
 
344
for the first one or few emissions of the shower, where a potential 
 
345
overestimate of the emission rate is to be corrected for anyway,
 
346
by matching to the relevant matrix elements. Thereafter, subsequent 
 
347
emissions should be handled as before, i.e. with dipoles spanned
 
348
between nearby partons. Furthermore, only the first (hardest) 
 
349
subcollision is handled with global recoils, since subsequent MPI's 
 
350
would not be subject to matrix element corrections anyway.
 
351
 
 
352
<p/> 
 
353
In order for the mid-shower switch from global to local recoils
 
354
to work, colours are traced and bookkept just as for normal showers; 
 
355
it is only that this information is not used in those steps where 
 
356
a global recoil is requested. (Thus, e.g., a gluon is still bookkept 
 
357
as one colour and one anticolour dipole end, with half the charge 
 
358
each, but with global recoil those two ends radiate identically.)
 
359
 
 
360
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:globalRecoil &nbsp;</strong> 
 
361
 (<code>default = <strong>off</strong></code>)<br/>
 
362
Alternative approach as above, where all final-state particles share
 
363
the recoil of an emission. 
 
364
<br/>If off, then use the standard dipole-recoil approach. 
 
365
<br/>If on, use the alternative global recoil, but only for the first 
 
366
interaction, and only while the number of particles in the final state 
 
367
is at most <code>TimeShower:nMaxGlobalRecoil</code> before the 
 
368
branching. 
 
369
  
 
370
  
 
371
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:nMaxGlobalRecoil &nbsp;</strong> 
 
372
 (<code>default = <strong>2</strong></code>; <code>minimum = 1</code>)<br/>
 
373
Represents the maximum number of particles in the final state for which 
 
374
the next final-state emission can be performed with the global recoil 
 
375
strategy. This number counts all particles, whether they are
 
376
allowed to radiate or not, e.g. also <i>Z^0</i>. Also partons 
 
377
created by initial-state radiation emissions counts towards this sum, 
 
378
as part of the interleaved evolution. Without interleaved evolution
 
379
this option would not make sense, since then a varying and large 
 
380
number of partons could already have been created by the initial-state
 
381
radiation before the first final-state one, and then there is not 
 
382
likely to be any matrix elements available for matching.
 
383
  
 
384
 
 
385
<p/> 
 
386
The global-recoil machinery does not work well with rescattering in the
 
387
MPI machinery, since then the recoiling system is not uniquely defined.
 
388
<code>MultipartonInteractions:allowRescatter = off</code> by default,
 
389
so this is not a main issue. If both options are switched on,
 
390
rescattering will only be allowed to kick in after the global recoil
 
391
has ceased to be active, i.e. once the <code>nMaxGlobalRecoil</code> 
 
392
limit has been exceeded. This should not be a major conflict,
 
393
since rescattering is mainly of interest at later stages of the 
 
394
downwards <i>pT</i> evolution.
 
395
 
 
396
<p/> 
 
397
Further, it is strongly recommended to set 
 
398
<code>TimeShower:MEcorrections = off</code> (not default!), i.e. not 
 
399
to correct the emission probability to the internal matrix elements. 
 
400
The internal ME options do not cover any cases relevant for a multibody 
 
401
recoiler anyway, so no guarantees are given what prescription would
 
402
come to be used. Instead, without ME corrections,  a process-independent 
 
403
emission rate is obtained, and  <a href="UserHooks.html" target="page">user hooks</a> 
 
404
can provide the desired process-specific rejection factors. 
 
405
 
 
406
<h3>Radiation off octet onium states</h3>
 
407
 
 
408
In the current implementation, charmonium and bottomonium production
 
409
can proceed either through colour singlet or colour octet mechanisms,
 
410
both of them implemented in terms of <i>2 -> 2</i> hard processes
 
411
such as <i>g g -> (onium) g</i>.
 
412
In the former case the state does not radiate and the onium therefore 
 
413
is produced in isolation, up to normal underlying-event activity. In 
 
414
the latter case the situation is not so clear, but it is sensible to 
 
415
assume that a shower can evolve. (Assuming, of course, that the 
 
416
transverse momentum of the onium state is sufficiently high that  
 
417
radiation is of relevance.)
 
418
 
 
419
<p/> 
 
420
There could be two parts to such a shower. Firstly a gluon (or even a 
 
421
quark, though less likely) produced in a hard <i>2 -> 2</i> process 
 
422
can undergo showering into many gluons, whereof one branches into the 
 
423
heavy-quark pair. Secondly, once the pair has been produced, each quark 
 
424
can radiate further gluons. This latter kind of emission could easily 
 
425
break up a semibound quark pair, but might also create a new semibound 
 
426
state where before an unbound pair existed, and to some approximation
 
427
these two effects should balance in the onium production rate. 
 
428
The showering "off an onium state" as implemented here therefore should 
 
429
not be viewed as an accurate description of the emission history
 
430
step by step, but rather as an effective approach to ensure that the 
 
431
octet onium produced "in the hard process" is embedded in a realistic 
 
432
amount of jet activity. 
 
433
Of course both the isolated singlet and embedded octet are likely to
 
434
be extremes, but hopefully the mix of the two will strike a reasonable 
 
435
balance. However, it is possible that some part of the octet production 
 
436
occurs in channels where it should not be accompanied by (hard) radiation. 
 
437
Therefore reducing the fraction of octet onium states allowed to radiate 
 
438
is a valid variation to explore uncertainties. 
 
439
 
 
440
<p/>
 
441
If an octet onium state is chosen to radiate, the simulation of branchings 
 
442
is based on the assumption that the full radiation is provided by an 
 
443
incoherent sum of radiation off the quark and off the antiquark of the 
 
444
onium state. Thus the splitting kernel is taken to be the normal 
 
445
<i>q -> q g</i> one, multiplied by a factor of two. Obviously this is 
 
446
a simplification of a more complex picture, averaging over factors pulling
 
447
in different directions. Firstly, radiation off a gluon ought
 
448
to be enhanced by a factor 9/4 relative to a quark rather than the 2
 
449
now used, but this is a minor difference. Secondly, our use of the 
 
450
<i>q -> q g</i> branching kernel is roughly equivalent to always
 
451
following the harder gluon in a <i>g -> g g</i> branching. This could 
 
452
give us a bias towards producing too hard onia. A soft gluon would have 
 
453
little phase space to branch into a heavy-quark pair however, so the
 
454
bias may not be as big as it would seem at first glance. Thirdly, 
 
455
once the gluon has branched into a quark pair, each quark carries roughly 
 
456
only half of the onium energy. The maximum energy per emitted gluon should 
 
457
then be roughly half the onium energy rather than the full, as it is now. 
 
458
Thereby the energy of radiated gluons is exaggerated, i.e. onia become too 
 
459
soft. So the second and the third points tend to cancel each other. 
 
460
 
 
461
<p/>
 
462
Finally, note that the lower cutoff scale of the shower evolution depends 
 
463
on the onium mass rather than on the quark mass, as it should be. Gluons
 
464
below the octet-onium scale should only be part of the octet-to-singlet 
 
465
transition.
 
466
 
 
467
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:octetOniumFraction &nbsp;</strong> 
 
468
 (<code>default = <strong>1.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>; <code>maximum = 1.</code>)<br/>
 
469
Allow colour-octet charmonium and bottomonium states to radiate gluons.
 
470
0 means that no octet-onium states radiate, 1 that all do, with possibility
 
471
to interpolate between these two extremes. 
 
472
  
 
473
 
 
474
<p/><code>parm&nbsp; </code><strong> TimeShower:octetOniumColFac &nbsp;</strong> 
 
475
 (<code>default = <strong>2.</strong></code>; <code>minimum = 0.</code>; <code>maximum = 4.</code>)<br/>
 
476
The colour factor used used in the splitting kernel for those octet onium 
 
477
states that are allowed to radiate, normalized to the <i>q -> q g</i>
 
478
splitting kernel. Thus the default corresponds to twice the radiation
 
479
off a quark. The physically preferred range would be between 1 and 9/4.
 
480
  
 
481
 
 
482
<h3>Further variables</h3>
 
483
 
 
484
There are several possibilities you can use to switch on or off selected
 
485
branching types in the shower, or in other respects simplify the shower.
 
486
These should normally not be touched. Their main function is for 
 
487
cross-checks.
 
488
 
 
489
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:QCDshower &nbsp;</strong> 
 
490
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
491
Allow a QCD shower, i.e. branchings <i>q -> q g</i>, <i>g -> g g</i> 
 
492
and <i>g -> q qbar</i>; on/off = true/false.
 
493
  
 
494
 
 
495
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:nGluonToQuark &nbsp;</strong> 
 
496
 (<code>default = <strong>5</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 5</code>)<br/>
 
497
Number of allowed quark flavours in <i>g -> q qbar</i> branchings
 
498
(phase space permitting). A change to 4 would exclude 
 
499
<i>g -> b bbar</i>, etc. 
 
500
  
 
501
 
 
502
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:QEDshowerByQ &nbsp;</strong> 
 
503
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
504
Allow quarks to radiate photons, i.e. branchings <i>q -> q gamma</i>; 
 
505
on/off = true/false.
 
506
  
 
507
 
 
508
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:QEDshowerByL &nbsp;</strong> 
 
509
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
510
Allow leptons to radiate photons, i.e. branchings <i>l -> l gamma</i>;  
 
511
on/off = true/false.
 
512
  
 
513
 
 
514
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:QEDshowerByGamma &nbsp;</strong> 
 
515
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
516
Allow photons to branch into lepton or quark pairs, i.e. branchings 
 
517
<i>gamma -> l+ l-</i> and <i>gamma -> q qbar</i>;
 
518
on/off = true/false.
 
519
  
 
520
 
 
521
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:nGammaToQuark &nbsp;</strong> 
 
522
 (<code>default = <strong>5</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 5</code>)<br/>
 
523
Number of allowed quark flavours in <i>gamma -> q qbar</i> branchings
 
524
(phase space permitting). A change to 4 would exclude 
 
525
<i>g -> b bbar</i>, etc. 
 
526
  
 
527
 
 
528
<p/><code>mode&nbsp; </code><strong> TimeShower:nGammaToLepton &nbsp;</strong> 
 
529
 (<code>default = <strong>3</strong></code>; <code>minimum = 0</code>; <code>maximum = 3</code>)<br/>
 
530
Number of allowed lepton flavours in <i>gamma -> l+ l-</i> branchings
 
531
(phase space permitting). A change to 2 would exclude 
 
532
<i>gamma -> tau+ tau-</i>, and a change to 1 also 
 
533
<i>gamma -> mu+ mu-</i>. 
 
534
  
 
535
 
 
536
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:MEcorrections &nbsp;</strong> 
 
537
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
538
Use of matrix element corrections where available; on/off = true/false.
 
539
  
 
540
 
 
541
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:MEafterFirst &nbsp;</strong> 
 
542
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
543
Use of matrix element corrections also after the first emission,
 
544
for dipole ends of the same system that did not yet radiate.
 
545
Only has a meaning if <code>MEcorrections</code> above is 
 
546
switched on. 
 
547
  
 
548
 
 
549
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:phiPolAsym &nbsp;</strong> 
 
550
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
551
Azimuthal asymmetry induced by gluon polarization; on/off = true/false.
 
552
  
 
553
 
 
554
<p/><code>flag&nbsp; </code><strong> TimeShower:recoilToColoured &nbsp;</strong> 
 
555
 (<code>default = <strong>on</strong></code>)<br/>
 
556
In the decays of coloured resonances, say <i>t -> b W</i>, it is not 
 
557
possible to set up dipoles with matched colours. Originally the 
 
558
<i>b</i> radiator therefore has <i>W</i> as recoiler, and that 
 
559
choice is unique. Once a gluon has been radiated, however, it is 
 
560
possible either to have the unmatched colour (inherited by the gluon) 
 
561
still recoiling against the <i>W</i> (<code>off</code>), or else 
 
562
let it recoil against the <i>b</i> also for this dipole 
 
563
(<code>on</code>). Before version 8.160 the former was the only 
 
564
possibility, which could give unphysical radiation patterns. It is 
 
565
kept as an option to check backwards compatibility. The same issue 
 
566
exists for QED radiation, but obviously is less significant. Consider 
 
567
the example <i>W -> e nu</i>, where originally the <i>nu</i> 
 
568
takes the recoil. In the old (<code>off</code>) scheme the <i>nu</i> 
 
569
would remain recoiler, while in the new (<code>on</code>) instead 
 
570
each newly emitted photon becomes the new recoiler. 
 
571
  
 
572
 
 
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</body>
 
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</html>
 
575
 
 
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