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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
<chapter name="Standard-Model Parameters">
 
2
 
 
3
<h2>Standard-Model Parameters</h2>
 
4
 
 
5
<h3>The strong coupling</h3> 
 
6
 
 
7
The <code>AlphaStrong</code> class is used to provide a first- or 
 
8
second-order running <ei>alpha_strong</ei> (or, trivially, a 
 
9
zeroth-order fixed one). Formulae are the standard ones found in 
 
10
<ref>Yao06</ref>. The second-order expression used, eq. (9.5),
 
11
may be somewhat different in other approaches (with differences
 
12
formally of higher order), so do not necessarily expect perfect
 
13
agreement, especially not at small <ei>Q^2</ei> scales. The starting 
 
14
<ei>alpha_strong</ei> value is defined at the <ei>M_Z</ei> mass scale.
 
15
The <ei>Lambda</ei> values are matched at the <ei>b</ei> and <ei>c</ei> 
 
16
flavour thresholds, such that <ei>alpha_strong</ei> is continuous.
 
17
For second-order matching an approximate iterative method is used.
 
18
 
 
19
<p/>
 
20
Since we allow <ei>alpha_strong</ei> to vary separately for 
 
21
hard processes, timelike showers, spacelike showers and  multiparton 
 
22
interactions, the relevant values can be set in each of these classes. 
 
23
The default behaviour is everywhere first-order running.
 
24
 
 
25
<p/>
 
26
The <ei>alpha_strong</ei> calculation is initialized by 
 
27
<code>init( value, order)</code>, where <code>value</code> 
 
28
is the <ei>alpha_strong</ei> value at <ei>M_Z</ei> and <code>order</code> 
 
29
is the order of the running, 0, 1 or 2.   Thereafter the value can be 
 
30
calculated by <code>alphaS(scale2)</code>, where 
 
31
<code>scale2</code> is the <ei>Q^2</ei> scale in GeV^2. 
 
32
 
 
33
<p/>
 
34
For applications inside shower programs, a second-order <code>alpha_s</code> 
 
35
value can be obtained as the product of the two functions 
 
36
<code>alphaS1Ord(scale2)</code> and <code>alphaS2OrdCorr(scale2)</code>, 
 
37
where the first gives a simple first-order running (but with the 
 
38
second-order <ei>Lambda</ei>) and the second the correction factor, 
 
39
below unity, for the second-order terms. This allows a compact handling 
 
40
of evolution equations.
 
41
 
 
42
<h3>The electromagnetic coupling</h3> 
 
43
 
 
44
The <code>AlphaEM</code> class is used to generate a running
 
45
<ei>alpha_em</ei>. The input <code>StandardModel:alphaEMmZ</code>
 
46
value at the <ei>M_Z</ei> mass is matched to a low-energy behaviour
 
47
with running starting at the electron mass threshold. The matching
 
48
is done by fitting an effective running coefficient in the region
 
49
betweeen the light-quark treshold and the charm/tau threshold. This
 
50
procedure is approximate, but good enough for our purposes. 
 
51
 
 
52
<p/>
 
53
Since we allow <ei>alpha_em</ei> to vary separately for 
 
54
hard processes, timelike showers, spacelike showers and  multiparton 
 
55
interactions, the choice between using a fixed or a running 
 
56
<ei>alpha_em</ei> can be made in each of these classes. 
 
57
The default behaviour is everywhere first-order running.
 
58
The actual values assumed at zero momentum transfer and 
 
59
at <ei>M_Z</ei> are only set here, however. 
 
60
 
 
61
<parm name="StandardModel:alphaEM0" default="0.00729735"
 
62
min="0.0072973" max="0.0072974">
 
63
The <ei>alpha_em</ei> value at vanishing momentum transfer
 
64
(and also below <ei>m_e</ei>). 
 
65
</parm>
 
66
 
 
67
<parm name="StandardModel:alphaEMmZ" default="0.00781751"
 
68
min="0.00780" max="0.00783">
 
69
The <ei>alpha_em</ei> value at the <ei>M_Z</ei> mass scale. 
 
70
Default is taken from <ref>Yao06</ref>.
 
71
</parm>
 
72
 
 
73
<p/>
 
74
The <ei>alpha_em</ei> calculation is initialized by 
 
75
<code>init(order)</code>, where <code>order</code> is the order of 
 
76
the running, 0 or 1, with -1 a special option to use the fix value
 
77
provided at <ei>M_Z</ei>.   Thereafter the value can be 
 
78
calculated by <code>alphaEM(scale2)</code>, where 
 
79
<code>scale2</code> is the <ei>Q^2</ei> scale in GeV^2. 
 
80
 
 
81
<h3>The electroweak couplings</h3> 
 
82
 
 
83
There are two degrees of freedom that can be set, related to the 
 
84
electroweak mixing angle:
 
85
 
 
86
<parm name="StandardModel:sin2thetaW" default="0.2312" 
 
87
min="0.225" max="0.240">
 
88
The sine-squared of the weak mixing angle, as used in all <ei>Z^0</ei> 
 
89
and <ei>W^+-</ei> masses and couplings, except for the vector couplings 
 
90
of fermions to the <ei>Z^0</ei>, see below. Default is the MSbar value 
 
91
from <ref>Yao06</ref>.
 
92
</parm>
 
93
 
 
94
<parm name="StandardModel:sin2thetaWbar" default="0.2315" 
 
95
min="0.225" max="0.240">
 
96
The sine-squared of the weak mixing angle, as used to derive the vector 
 
97
couplings of fermions to the <ei>Z^0</ei>, in the relation 
 
98
<ei>v_f = a_f - 4 e_f sin^2(theta_W)bar</ei>. Default is the
 
99
effective-angle value from <ref>Yao06</ref>.
 
100
</parm>
 
101
 
 
102
<p/>
 
103
The Fermi constant is not much used in the currently coded matrix elements,
 
104
since it is redundant, but it is available:
 
105
 
 
106
<parm name="StandardModel:GF" default="1.16637e-5" 
 
107
min="1.0e-5" max="1.3e-5">
 
108
The Fermi coupling constant, in units of GeV<ei>^-2</ei>. 
 
109
</parm>
 
110
 
 
111
<h3>The quark weak-mixing matrix</h3>
 
112
 
 
113
The absolute values of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix elements are 
 
114
set by the following nine real values taken from <ref>Yao06</ref> - 
 
115
currently the CP-violating phase is not taken into account in this 
 
116
parametrization. It is up to the user to pick a consistent unitary 
 
117
set of new values whenever changes are made.  
 
118
 
 
119
<parm name="StandardModel:Vud" default="0.97383" min="0.973" max="0.975">
 
120
The <ei>V_ud</ei> CKM matrix element.
 
121
</parm>
 
122
 
 
123
<parm name="StandardModel:Vus" default="0.2272" min="0.224" max="0.230">
 
124
The <ei>V_us</ei> CKM matrix element.
 
125
</parm>
 
126
 
 
127
<parm name="StandardModel:Vub" default="0.00396" min="0.0037" max="0.0042">
 
128
The <ei>V_ub</ei> CKM matrix element.
 
129
</parm>
 
130
 
 
131
<parm name="StandardModel:Vcd" default="0.2271" min="0.224" max="0.230">
 
132
The <ei>V_cd</ei> CKM matrix element.
 
133
</parm>
 
134
 
 
135
<parm name="StandardModel:Vcs" default="0.97296" min="0.972" max="0.974">
 
136
The <ei>V_cs</ei> CKM matrix element.
 
137
</parm>
 
138
 
 
139
<parm name="StandardModel:Vcb" default="0.04221" min="0.0418" max="0.0426">
 
140
The <ei>V_cb</ei> CKM matrix element.
 
141
</parm>
 
142
 
 
143
<parm name="StandardModel:Vtd" default="0.00814" min="0.006" max="0.010">
 
144
The <ei>V_td</ei> CKM matrix element.
 
145
</parm>
 
146
 
 
147
<parm name="StandardModel:Vts" default="0.04161" min="0.039" max="0.043">
 
148
The <ei>V_ts</ei> CKM matrix element.
 
149
</parm>
 
150
 
 
151
<parm name="StandardModel:Vtb" default="0.9991" min="0.99907" max="0.9992">
 
152
The <ei>V_tb</ei> CKM matrix element.
 
153
</parm>
 
154
 
 
155
<h3>The CoupSM class</h3> 
 
156
 
 
157
The <code><aloc href="ProgramFlow">Pythia</aloc></code> class contains a
 
158
public instance <code>coupSM</code> of the <code>CoupSM</code> class.
 
159
This class contains one instance each of the <code>AlphaStrong</code>    
 
160
and <code>AlphaEM</code> classes, and additionally stores the weak couplings
 
161
and the quark mixing matrix mentioned above. This class is used especially
 
162
in the calculation of cross sections and resonance widths, but could also
 
163
be used elsewhere. Specifically, as already mentioned, there are separate 
 
164
<code>AlphaStrong</code> and <code>AlphaEM</code> instances for timelike 
 
165
and spacelike showers and for multiparton interactions, while weak couplings 
 
166
and the quark mixing matrix are only stored here. With the exception of the 
 
167
first two methods below, which are for internal use, the subsequent ones
 
168
could also be used externally.
 
169
 
 
170
<method name="CoupSM::CoupSM()"> 
 
171
the constructor does nothing. Internal.
 
172
</method>
 
173
 
 
174
<method name="void CoupSM::init(Settings& settings, Rndm* rndmPtr)">
 
175
this is where the <code>AlphaStrong</code> and <code>AlphaEM</code>
 
176
instances are initialized, and weak couplings and the quark mixing matrix
 
177
are read in and set. This is based on the values stored on this page and
 
178
among the <aloc href="CouplingsAndScales">Couplings and Scales</aloc>. 
 
179
Internal.
 
180
</method>
 
181
 
 
182
<method name="double CoupSM::alphaS(double scale2)"> 
 
183
the <ei>alpha_strong</ei> value at the quadratic scale <code>scale2</code>.
 
184
</method>
 
185
 
 
186
<method name="double CoupSM::alphaS1Ord(double scale2)"> 
 
187
a first-order overestimate of the full second-order <ei>alpha_strong</ei> 
 
188
value at the quadratic scale <code>scale2</code>.
 
189
</method>
 
190
 
 
191
<method name="double CoupSM::alphaS2OrdCorr(double scale2)"> 
 
192
a multiplicative correction factor, below unity, that brings the 
 
193
first-order overestimate above into agreement with the full second-order
 
194
<ei>alpha_strong</ei> value at the quadratic scale <code>scale2</code>.
 
195
</method>
 
196
 
 
197
<method name="double CoupSM::Lambda3()"> 
 
198
</method>
 
199
<methodmore name="double CoupSM::Lambda4()"> 
 
200
</methodmore>
 
201
<methodmore name="double CoupSM::Lambda5()"> 
 
202
the three-, four-, and five-flavour <ei>Lambda</ei> scale.
 
203
</methodmore>
 
204
 
 
205
<method name="double CoupSM::alphaEM(double scale2)"> 
 
206
the <ei>alpha_em</ei> value at the quadratic scale <code>scale2</code>.
 
207
</method>
 
208
 
 
209
<method name="double CoupSM::sin2thetaW()"> 
 
210
</method>
 
211
<methodmore name="double CoupSM::cos2thetaW()"> 
 
212
the sine-squared and cosine-squared of the weak mixing angle, as used in 
 
213
the gauge-boson sector.
 
214
</methodmore>
 
215
 
 
216
<method name="double CoupSM::sin2thetaWbar()"> 
 
217
the sine-squared of the weak mixing angle, as used to derive the vector 
 
218
couplings of fermions to the <ei>Z^0</ei>.
 
219
</method>
 
220
 
 
221
<method name="double CoupSM::GF()"> 
 
222
the Fermi constant of weak decays, in GeV<ei>^-2</ei>.
 
223
</method>
 
224
 
 
225
<method name="double CoupSM::ef(int idAbs)"> 
 
226
the electrical charge of a fermion, by the absolute sign of the PDF code,
 
227
i.e. <code>idAbs</code> must be in the range between 1 and 18.
 
228
</method>
 
229
 
 
230
<method name="double CoupSM::vf(int idAbs)"> 
 
231
</method>
 
232
<methodmore name="double CoupSM::af(int idAbs)"> 
 
233
the vector and axial charges of a fermion, by the absolute sign of the PDF 
 
234
code (<ei>a_f = +-1, v_f = a_f - 4. * sin2thetaWbar * e_f</ei>).
 
235
</methodmore>
 
236
 
 
237
<method name="double CoupSM::t3f(int idAbs)"> 
 
238
</method>
 
239
<methodmore name="double CoupSM::lf(int idAbs)"> 
 
240
</methodmore>
 
241
<methodmore name="double CoupSM::rf(int idAbs)"> 
 
242
the weak isospin, left- and righthanded charges of a fermion, by the 
 
243
absolute sign of the PDF code (<ei>t^3_f = a_f/2, l_f = (v_f + a_f)/2,
 
244
r_f = (v_f - a_f)/2</ei>; you may find other conventions in the literature
 
245
that differ by a factor of 2).
 
246
</methodmore>
 
247
 
 
248
<method name="double CoupSM::ef2(int idAbs)"> 
 
249
</method>
 
250
<methodmore name="double CoupSM::vf2(int idAbs)"> 
 
251
</methodmore>
 
252
<methodmore name="double CoupSM::af2(int idAbs)"> 
 
253
</methodmore>
 
254
<methodmore name="double CoupSM::efvf(int idAbs)"> 
 
255
</methodmore>
 
256
<methodmore name="double CoupSM::vf2af2(int idAbs)"> 
 
257
common quadratic combinations of the above couplings:
 
258
<ei>e_f^2, v_f^2, a_f^2, e_f * v_f, v_f^2 + a_f^2</ei>.
 
259
</methodmore>
 
260
 
 
261
<method name="double CoupSM::VCKMgen(int genU, int genD)">
 
262
</method>
 
263
<methodmore name="double CoupSM::V2CKMgen(int genU, int genD)">
 
264
the CKM mixing element,or the square of it, for
 
265
up-type generation index <code>genU</code> 
 
266
(<ei>1 = u, 2 = c, 3 = t, 4 = t'</ei>) and
 
267
down-type generation index <code>genD</code>
 
268
(<ei>1 = d, 2 = s, 3 = b, 4 = b'</ei>).
 
269
</methodmore>
 
270
 
 
271
<method name="double CoupSM::VCKMid(int id1, int id2)">
 
272
</method>
 
273
<methodmore name="double CoupSM::V2CKMid(int id1, int id2)">
 
274
the CKM mixing element,or the square of it, for
 
275
flavours <code>id1</code> and <code>id2</code>, both in the 
 
276
range from <ei>-18</ei> to <ei>+18</ei>. The sign is here not 
 
277
checked (so it can be used both for <ei>u + dbar -> W+</ei>
 
278
and <ei>u -> d + W+</ei>, say), but impossible flavour combinations
 
279
evaluate to zero. The neutrino sector is numbered by flavor
 
280
eigenstates, so there is no mixing in the lepton-neutrino system. 
 
281
</methodmore>
 
282
 
 
283
<method name="double CoupSM::V2CKMsum(int id)">
 
284
the sum of squared CKM mixing element that a given flavour can couple to, 
 
285
excluding the top quark and fourth generation. Is close to unity
 
286
for the first two generations. Returns unity for the lepton-neutrino
 
287
sector. 
 
288
</method>
 
289
 
 
290
<method name="int CoupSM::V2CKMpick(int id)">
 
291
picks a random CKM partner quark or lepton (with the same sign as 
 
292
<code>id</code>) according to the respective squared elements, again 
 
293
excluding the top quark and fourth generation from the list of 
 
294
possibilities. Unambiguous choice for the lepton-neutrino sector. 
 
295
</method>
 
296
 
 
297
</chapter>
 
298
 
 
299
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