source: HiSusy/trunk/Pythia8/pythia8170/src/StringFragmentation.cc @ 1

Last change on this file since 1 was 1, checked in by zerwas, 11 years ago

first import of structure, PYTHIA8 and DELPHES

File size: 47.1 KB
Line 
1// StringFragmentation.cc is a part of the PYTHIA event generator.
2// Copyright (C) 2012 Torbjorn Sjostrand.
3// PYTHIA is licenced under the GNU GPL version 2, see COPYING for details.
4// Please respect the MCnet Guidelines, see GUIDELINES for details.
5
6// Function definitions (not found in the header) for the StringEnd and
7// StringFragmentation classes.
8
9#include "StringFragmentation.h"
10
11namespace Pythia8 {
12 
13//==========================================================================
14
15// The StringEnd class.
16
17//--------------------------------------------------------------------------
18 
19// Constants: could be changed here if desired, but normally should not.
20
21// Avoid unphysical solutions to equation system.
22const double StringEnd::TINY = 1e-6;
23
24// Assume two (eX, eY) regions are related if pT2 differs by less.
25const double StringEnd::PT2SAME = 0.01;
26
27//--------------------------------------------------------------------------
28
29// Set up initial endpoint values from input.
30
31void StringEnd::setUp(bool fromPosIn, int iEndIn, int idOldIn, int iMaxIn,
32  double pxIn, double pyIn, double GammaIn, double xPosIn, double xNegIn) {
33
34  // Simple transcription from input.
35  fromPos  = fromPosIn;
36  iEnd     = iEndIn;
37  iMax     = iMaxIn;
38  flavOld  = FlavContainer(idOldIn);
39  pxOld    = pxIn;
40  pyOld    = pyIn;
41  GammaOld = GammaIn;
42  iPosOld  = (fromPos) ? 0 : iMax;
43  iNegOld  = (fromPos) ? iMax : 0;
44  xPosOld  = xPosIn;
45  xNegOld  = xNegIn;
46
47}
48
49//--------------------------------------------------------------------------
50
51// Fragment off one hadron from the string system, in flavour and pT.
52
53void StringEnd::newHadron() {
54
55  // Pick new flavour and form a new hadron.
56  do {
57    flavNew = flavSelPtr->pick( flavOld);
58    idHad   = flavSelPtr->combine( flavOld, flavNew);
59  } while (idHad == 0);
60
61  // Pick its transverse momentum.
62  pair<double, double> pxy = pTSelPtr->pxy();
63  pxNew = pxy.first;
64  pyNew = pxy.second;
65  pxHad = pxOld + pxNew;
66  pyHad = pyOld + pyNew;
67
68  // Pick its mass and thereby define its transverse mass.
69  mHad   = particleDataPtr->mass(idHad);
70  mT2Had = pow2(mHad) + pow2(pxHad) + pow2(pyHad);
71
72}
73
74//--------------------------------------------------------------------------
75
76// Fragment off one hadron from the string system, in momentum space,
77// by taking steps from positive end.
78
79Vec4 StringEnd::kinematicsHadron( StringSystem& system) {
80
81  // Pick fragmentation step z and calculate new Gamma.
82  zHad = zSelPtr->zFrag( flavOld.id, flavNew.id, mT2Had);
83  GammaNew = (1. - zHad) * (GammaOld + mT2Had / zHad); 
84 
85  // Set up references that are direction-neutral;
86  // ...Dir for direction of iteration and ...Inv for its inverse.
87  int&    iDirOld = (fromPos) ? iPosOld : iNegOld;
88  int&    iInvOld = (fromPos) ? iNegOld : iPosOld;
89  int&    iDirNew = (fromPos) ? iPosNew : iNegNew;
90  int&    iInvNew = (fromPos) ? iNegNew : iPosNew;
91  double& xDirOld = (fromPos) ? xPosOld : xNegOld; 
92  double& xInvOld = (fromPos) ? xNegOld : xPosOld; 
93  double& xDirNew = (fromPos) ? xPosNew : xNegNew; 
94  double& xInvNew = (fromPos) ? xNegNew : xPosNew; 
95  double& xDirHad = (fromPos) ? xPosHad : xNegHad; 
96  double& xInvHad = (fromPos) ? xNegHad : xPosHad; 
97
98  // Start search for new breakup in the old region.
99  iDirNew = iDirOld;
100  iInvNew = iInvOld;
101  Vec4 pTNew;
102
103  // Each step corresponds to trying a new string region.
104  for (int iStep = 0; ; ++iStep) { 
105
106    // Referance to current string region.
107    StringRegion& region = system.region( iPosNew, iNegNew);
108
109    // Now begin special section for rapid processing of low region.
110    if (iStep == 0 && iPosOld + iNegOld == iMax) { 
111
112      // A first step within a low region is easy.
113      if (mT2Had < zHad * xDirOld * (1. - xInvOld) * region.w2) {
114
115        // Translate into x coordinates.
116        xDirHad = zHad * xDirOld;
117        xInvHad = mT2Had / (xDirHad * region.w2);
118        xDirNew = xDirOld - xDirHad;
119        xInvNew = xInvOld + xInvHad;
120
121        // Find and return four-momentum of the produced particle.
122        return region.pHad( xPosHad, xNegHad, pxHad, pyHad);
123
124      // A first step out of a low region also OK, if there are more regions.
125      // Negative energy signals failure, i.e. in last region.
126      } else {
127        --iInvNew; 
128        if (iInvNew < 0) return Vec4(0., 0., 0., -1.); 
129
130        // Momentum taken by stepping out of region. Continue to next region.
131        xInvHad = 1. - xInvOld;
132        xDirHad = 0.;
133        pSoFar  = region.pHad( xPosHad, xNegHad, pxOld, pyOld);
134        continue;
135      }
136
137    // Else, for first step, take into account starting pT.
138    } else if (iStep == 0) {
139      pSoFar = region.pHad( 0., 0., pxOld, pyOld);
140      pTNew  = region.pHad( 0., 0., pxNew, pyNew);
141    }
142
143    // Now begin normal treatment of nontrivial regions.
144    // Set up four-vectors in a region not visited before.
145    if (!region.isSetUp) region.setUp( 
146      system.regionLowPos(iPosNew).pPos,
147      system.regionLowNeg(iNegNew).pNeg, true);
148
149    // If new region is vanishingly small, continue immediately to next.
150    // Negative energy signals failure to do this, i.e. moved too low.
151    if (region.isEmpty) {
152      xDirHad = (iDirNew == iDirOld) ? xDirOld : 1.;
153      xInvHad = 0.;
154      pSoFar += region.pHad( xPosHad, xNegHad, 0., 0.);
155      ++iDirNew; 
156      if (iDirNew + iInvNew > iMax) return Vec4(0., 0., 0., -1.); 
157      continue;
158    }
159
160    // Reexpress pTNew w.r.t. base vectors in new region, if possible.
161    // Recall minus sign from normalization e_x^2 = e_y^2 = -1.
162    double pxNewTemp = -pTNew * region.eX;
163    double pyNewTemp = -pTNew * region.eY;
164    if (abs( pxNewTemp * pxNewTemp + pyNewTemp * pyNewTemp
165      - pxNew * pxNew - pyNew * pyNew) < PT2SAME) {
166      pxNew = pxNewTemp;
167      pyNew = pyNewTemp;
168    }
169
170    // Four-momentum taken so far, including new pT.
171    Vec4 pTemp = pSoFar + region.pHad( 0., 0., pxNew, pyNew);
172
173    // Derive coefficients for m2 expression.
174    // cM2 * x+ + cM3 * x- + cM4 * x+ * x- = m^2 - cM1;
175    double cM1 = pTemp.m2Calc();
176    double cM2 = 2. * (pTemp * region.pPos); 
177    double cM3 = 2. * (pTemp * region.pNeg); 
178    double cM4 = region.w2;
179    if (!fromPos) swap( cM2, cM3);
180
181    // Derive coefficients for Gamma expression.
182    // cGam2 * x+ + cGam3 * x- + cGam4 * x+ * x- = Gamma_new - cGam1;
183    double cGam1 = 0.;
184    double cGam2 = 0.;
185    double cGam3 = 0.;
186    double cGam4 = 0.;
187    for (int iInv = iInvNew; iInv <= iMax - iDirNew; ++iInv) {
188      double xInv = 1.;
189      if (iInv == iInvNew) xInv = (iInvNew == iInvOld) ? xInvOld : 0.;
190      for (int iDir = iDirNew; iDir <= iMax - iInv; ++iDir) {
191        double xDir = (iDir == iDirOld) ? xDirOld : 1.; 
192        int iPos = (fromPos) ? iDir : iInv;
193        int iNeg = (fromPos) ? iInv : iDir;
194        StringRegion& regionGam =  system.region( iPos, iNeg);
195        if (!regionGam.isSetUp) regionGam.setUp( 
196          system.regionLowPos(iPos).pPos, 
197          system.regionLowNeg(iNeg).pNeg, true);
198        double w2 = regionGam.w2;
199        cGam1 += xDir * xInv * w2;
200        if (iDir == iDirNew) cGam2 -= xInv * w2;
201        if (iInv == iInvNew) cGam3 += xDir * w2; 
202        if (iDir == iDirNew && iInv == iInvNew) cGam4 -= w2;
203      }
204    }
205
206    // Solve (m2, Gamma) equation system => r2 * x-^2 + r1 * x- + r0 = 0.
207    double cM0   = pow2(mHad) - cM1;
208    double cGam0 = GammaNew - cGam1;
209    double r2    = cM3 * cGam4 - cM4 * cGam3;
210    double r1    = cM4 * cGam0 - cM0 * cGam4 + cM3 * cGam2 - cM2 * cGam3;   
211    double r0    = cM2 * cGam0 - cM0 * cGam2;
212    double root  = sqrtpos( r1*r1 - 4. * r2 * r0 );
213    if (abs(r2) < TINY || root < TINY) return Vec4(0., 0., 0., -1.); 
214    xInvHad      = 0.5 * (root / abs(r2) - r1 / r2);
215    xDirHad      = (cM0 - cM3 * xInvHad) / (cM2 + cM4 * xInvHad); 
216
217    // Define position of new trial vertex.
218    xDirNew = (iDirNew == iDirOld) ? xDirOld - xDirHad : 1. - xDirHad;
219    xInvNew = (iInvNew == iInvOld) ? xInvOld + xInvHad : xInvHad;
220 
221    // Step up to new region if new x- > 1.
222    if (xInvNew > 1.) {
223      xInvHad = (iInvNew == iInvOld) ? 1. - xInvOld : 1.;
224      xDirHad = 0.;
225      pSoFar += region.pHad( xPosHad, xNegHad, 0., 0.);
226      --iInvNew;
227      if (iInvNew < 0) return Vec4(0., 0., 0., -1.); 
228      continue;
229
230    // Step down to new region if new x+ < 0.
231    } else if (xDirNew < 0.) {
232      xDirHad = (iDirNew == iDirOld) ? xDirOld : 1.; 
233      xInvHad = 0.;     
234      pSoFar += region.pHad( xPosHad, xNegHad, 0., 0.);
235      ++iDirNew;
236      if (iDirNew + iInvNew > iMax) return Vec4(0., 0., 0., -1.); 
237      continue;
238    }
239
240    // Else we have found the correct region, and can return four-momentum.
241    return pSoFar + region.pHad( xPosHad, xNegHad, pxNew, pyNew);
242
243  // End of "infinite" loop of stepping to new region.
244  }
245
246}
247
248//--------------------------------------------------------------------------
249
250// Update string end information after a hadron has been removed.
251
252void StringEnd::update() {
253
254  flavOld.anti(flavNew);
255  iPosOld  = iPosNew;
256  iNegOld  = iNegNew;
257  pxOld    = -pxNew;
258  pyOld    = -pyNew;
259  GammaOld = GammaNew;
260  xPosOld  = xPosNew;
261  xNegOld  = xNegNew;
262
263}
264 
265//==========================================================================
266
267// The StringFragmentation class.
268
269//--------------------------------------------------------------------------
270
271// Constants: could be changed here if desired, but normally should not.
272// These are of technical nature, as described for each.
273
274// Maximum number of tries to (flavour-, energy) join the two string ends.
275const int    StringFragmentation::NTRYFLAV      = 10; 
276const int    StringFragmentation::NTRYJOIN      = 30; 
277
278// The last few times gradually increase the stop mass to make it easier.
279const int    StringFragmentation::NSTOPMASS     = 15; 
280const double StringFragmentation::FACSTOPMASS   = 1.05; 
281
282// For closed string, pick a Gamma by taking a step with fictitious mass.
283const double StringFragmentation::CLOSEDM2MAX   = 25.; 
284const double StringFragmentation::CLOSEDM2FRAC  = 0.1; 
285
286// Do not allow too large argument to exp function.
287const double StringFragmentation::EXPMAX        = 50.;
288
289// Matching criterion that p+ and p- not the same (can happen in gg loop).
290const double StringFragmentation::MATCHPOSNEG   = 1e-6;
291
292// For pull on junction, do not trace too far down each leg.
293const double StringFragmentation::EJNWEIGHTMAX  = 10.;
294
295// Iterate junction rest frame boost until convergence or too many tries.
296const double StringFragmentation::CONVJNREST   = 1e-5;
297const int    StringFragmentation::NTRYJNREST   = 20; 
298
299// Fail and try again when two legs combined to diquark (3 loops).
300const int    StringFragmentation::NTRYJNMATCH   = 20;
301const double StringFragmentation::EEXTRAJNMATCH = 0.5;
302const double StringFragmentation::MDIQUARKMIN   = -2.0;
303
304// Consider junction-leg parton as massless if m2 tiny.
305const double StringFragmentation::M2MAXJRF      = 1e-4;
306
307// Iterate junction rest frame equation until convergence or too many tries.
308const double StringFragmentation::CONVJRFEQ     = 1e-12;
309const int    StringFragmentation::NTRYJRFEQ     = 40; 
310
311//--------------------------------------------------------------------------
312
313// Initialize and save pointers.
314
315void StringFragmentation::init(Info* infoPtrIn, Settings& settings, 
316  ParticleData* particleDataPtrIn, Rndm* rndmPtrIn, StringFlav* flavSelPtrIn, 
317  StringPT* pTSelPtrIn, StringZ* zSelPtrIn) {
318
319  // Save pointers.
320  infoPtr         = infoPtrIn;
321  particleDataPtr = particleDataPtrIn;
322  rndmPtr         = rndmPtrIn;
323  flavSelPtr      = flavSelPtrIn;
324  pTSelPtr        = pTSelPtrIn;
325  zSelPtr         = zSelPtrIn;
326
327  // Initialize the StringFragmentation class.
328  stopMass        = zSelPtr->stopMass();
329  stopNewFlav     = zSelPtr->stopNewFlav();
330  stopSmear       = zSelPtr->stopSmear();
331  eNormJunction   = settings.parm("StringFragmentation:eNormJunction");
332  eBothLeftJunction
333     = settings.parm("StringFragmentation:eBothLeftJunction");
334  eMaxLeftJunction
335    = settings.parm("StringFragmentation:eMaxLeftJunction");
336  eMinLeftJunction
337    = settings.parm("StringFragmentation:eMinLeftJunction");
338
339  // Joining of nearby partons along the string.
340  mJoin           = settings.parm("FragmentationSystems:mJoin");
341
342  // Initialize the b parameter of the z spectrum, used when joining jets.
343  bLund           = zSelPtr->bAreaLund();
344
345  // Initialize the hadrons instance of an event record.
346  hadrons.init( "(string fragmentation)", particleDataPtr);
347
348  // Send on pointers to the two StringEnd instances.
349  posEnd.init( particleDataPtr, flavSelPtr, pTSelPtr, zSelPtr);   
350  negEnd.init( particleDataPtr, flavSelPtr, pTSelPtr, zSelPtr);   
351
352}
353
354//--------------------------------------------------------------------------
355
356// Perform the fragmentation.
357
358bool StringFragmentation::fragment( int iSub, ColConfig& colConfig, 
359  Event& event) {
360
361  // Find partons and their total four-momentum.
362  iParton            = colConfig[iSub].iParton;
363  iPos               = iParton[0];
364  if (iPos < 0) iPos = iParton[1];
365  int idPos          = event[iPos].id();
366  iNeg               = iParton.back();
367  int idNeg          = event[iNeg].id();
368  pSum               = colConfig[iSub].pSum;
369
370  // Reset the local event record.
371  hadrons.clear();
372 
373  // For closed gluon string: pick first breakup region.
374  isClosed = colConfig[iSub].isClosed;
375  if (isClosed) iParton = findFirstRegion(iParton, event);
376
377  // For junction topology: fragment off two of the string legs.
378  // Then iParton overwritten to remaining leg + leftover diquark.
379  pJunctionHadrons = 0.;
380  hasJunction = colConfig[iSub].hasJunction;
381  if (hasJunction && !fragmentToJunction(event)) return false;
382  int junctionHadrons = hadrons.size(); 
383  if (hasJunction) { 
384    idPos  = event[ iParton[0] ].id();
385    idNeg  = event.back().id();
386    pSum  -= pJunctionHadrons;
387  }
388
389  // Set up kinematics of string evolution ( = motion).
390  system.setUp(iParton, event);
391  stopMassNow = stopMass;
392  int nExtraJoin = 0;
393
394  // Fallback loop, when joining in the middle fails.  Bailout if stuck.
395  for ( int iTry = 0; ; ++iTry) {
396    if (iTry > NTRYJOIN) {
397      infoPtr->errorMsg("Error in StringFragmentation::fragment: " 
398        "stuck in joining");
399      if (hasJunction) ++nExtraJoin;
400      if (nExtraJoin > 0) event.popBack(nExtraJoin);
401      return false;
402    } 
403 
404    // After several failed tries join some (extra) nearby partons.
405    if (iTry == NTRYJOIN / 3) nExtraJoin = extraJoin( 2., event);   
406    if (iTry == 2 * NTRYJOIN / 3) nExtraJoin += extraJoin( 4., event);   
407
408    // After several failed tries gradually allow larger stop mass.
409    if (iTry > NTRYJOIN - NSTOPMASS) stopMassNow *= FACSTOPMASS;
410
411    // Set up flavours of two string ends, and reset other info.
412    setStartEnds(idPos, idNeg, system);
413    pRem = pSum;
414
415    // Begin fragmentation loop, interleaved from the two ends.
416    bool fromPos;
417    for ( ; ; ) {
418
419      // Take a step either from the positive or the negative end.
420      fromPos           = (rndmPtr->flat() < 0.5);
421      StringEnd& nowEnd = (fromPos) ? posEnd : negEnd;
422     
423      // Construct trial hadron and check that energy remains.
424      nowEnd.newHadron();
425      if ( energyUsedUp(fromPos) ) break;
426
427      // Construct kinematics of the new hadron and store it.
428      Vec4 pHad = nowEnd.kinematicsHadron(system);
429      int statusHad = (fromPos) ? 83 : 84; 
430      hadrons.append( nowEnd.idHad, statusHad, iPos, iNeg, 
431        0, 0, 0, 0, pHad, nowEnd.mHad);
432      if (pHad.e() < 0.) break;
433
434      // Update string end and remaining momentum.
435      nowEnd.update();
436      pRem -= pHad;
437
438    // End of fragmentation loop.
439    }
440   
441    // When done, join in the middle. If this works, then really done.
442    if ( finalTwo(fromPos) ) break;
443
444    // Else remove produced particles (except from first two junction legs)
445    // and start all over.
446    int newHadrons = hadrons.size() - junctionHadrons;
447    hadrons.popBack(newHadrons);
448  }
449
450  // Junctions & extra joins: remove fictitious end, restore original partons.
451  if (hasJunction) ++nExtraJoin;
452  if (nExtraJoin > 0) {
453    event.popBack(nExtraJoin);
454    iParton = colConfig[iSub].iParton;
455  }
456
457  // Store the hadrons in the normal event record, ordered from one end.
458  store(event);
459
460  // Done.
461  return true;
462
463}
464
465//--------------------------------------------------------------------------
466
467// Find region where to put first string break for closed gluon loop.
468 
469vector<int> StringFragmentation::findFirstRegion(vector<int>& iPartonIn,
470  Event& event) {
471
472  // Evaluate mass-squared for all adjacent gluon pairs.
473  vector<double> m2Pair; 
474  double m2Sum = 0.;
475  int size = iPartonIn.size();
476  for (int i = 0; i < size; ++i) {
477    double m2Now = 0.5 * event[ iPartonIn[i] ].p() 
478      * event[ iPartonIn[(i + 1)%size] ].p(); 
479    m2Pair.push_back(m2Now);
480    m2Sum += m2Now;
481  }
482   
483  // Pick breakup region with probability proportional to mass-squared.
484  double m2Reg = m2Sum * rndmPtr->flat();
485  int iReg = -1;
486  do m2Reg -= m2Pair[++iReg];
487  while (m2Reg > 0. && iReg < size - 1); 
488
489  // Create reordered parton list, with breakup string region duplicated.
490  vector<int> iPartonOut;   
491  for (int i = 0; i < size + 2; ++i) 
492    iPartonOut.push_back( iPartonIn[(i + iReg)%size] );   
493
494  // Done.
495  return iPartonOut;
496 
497}
498
499//--------------------------------------------------------------------------
500
501// Set flavours and momentum position for initial string endpoints.
502
503void StringFragmentation::setStartEnds( int idPos, int idNeg,
504  StringSystem systemNow) {
505
506  // Variables characterizing string endpoints: defaults for open string.
507  double px          = 0.;
508  double py          = 0.;
509  double Gamma       = 0.;
510  double xPosFromPos = 1.;
511  double xNegFromPos = 0.;
512  double xPosFromNeg = 0.;
513  double xNegFromNeg = 1.;
514
515  // For closed gluon loop need to pick an initial flavour.
516  if (isClosed) {
517    do {
518      int idTry = flavSelPtr->pickLightQ();
519      FlavContainer flavTry(idTry, 1);
520      flavTry = flavSelPtr->pick( flavTry);
521      flavTry = flavSelPtr->pick( flavTry);
522      idPos   = flavTry.id;
523      idNeg   = -idPos;
524    } while (idPos == 0);
525
526    // Also need pT and breakup vertex position in region.
527   pair<double, double> pxy = pTSelPtr->pxy();
528   px = pxy.first;
529   py = pxy.second;
530    double m2Region = systemNow.regionLowPos(0).w2;
531    double m2Temp   = min( CLOSEDM2MAX, CLOSEDM2FRAC * m2Region);
532    do {
533      double zTemp = zSelPtr->zFrag( idPos, idNeg, m2Temp);
534      xPosFromPos  = 1. - zTemp;
535      xNegFromPos  = m2Temp / (zTemp * m2Region);
536    } while (xNegFromPos > 1.);
537    Gamma = xPosFromPos * xNegFromPos * m2Region;
538    xPosFromNeg = xPosFromPos;
539    xNegFromNeg = xNegFromPos; 
540  }
541
542  // Initialize two string endpoints.
543  posEnd.setUp(  true, iPos, idPos, systemNow.iMax,  px,  py, 
544    Gamma, xPosFromPos, xNegFromPos);
545  negEnd.setUp( false, iNeg, idNeg, systemNow.iMax, -px, -py, 
546    Gamma, xPosFromNeg, xNegFromNeg); 
547
548  // For closed gluon loop can allow popcorn on one side but not both.
549  if (isClosed) {
550    flavSelPtr->assignPopQ(posEnd.flavOld);
551    flavSelPtr->assignPopQ(negEnd.flavOld);
552    if (rndmPtr->flat() < 0.5) posEnd.flavOld.nPop = 0;   
553    else                    negEnd.flavOld.nPop = 0;
554    posEnd.flavOld.rank = 1;
555    negEnd.flavOld.rank = 1;
556  } 
557
558  // Done.
559
560}
561
562//--------------------------------------------------------------------------
563
564// Check remaining energy-momentum whether it is OK to continue.
565
566bool StringFragmentation::energyUsedUp(bool fromPos) {
567
568  // If remaining negative energy then abort right away.
569  if (pRem.e() < 0.) return true;
570
571  // Calculate W2_minimum and done if remaining W2 is below it.
572  double wMin = stopMassNow
573    + particleDataPtr->constituentMass(posEnd.flavOld.id)
574    + particleDataPtr->constituentMass(negEnd.flavOld.id);
575  if (fromPos) wMin += stopNewFlav
576    * particleDataPtr->constituentMass(posEnd.flavNew.id);
577  else         wMin += stopNewFlav
578    * particleDataPtr->constituentMass(negEnd.flavNew.id);
579  wMin *= 1. + (2. * rndmPtr->flat() - 1.) * stopSmear;
580  w2Rem = pRem.m2Calc(); 
581  if (w2Rem < pow2(wMin)) return true;
582
583  // Else still enough energy left to continue iteration.
584  return false; 
585
586}
587
588//--------------------------------------------------------------------------
589
590// Produce the final two partons to complete the system.
591
592bool StringFragmentation::finalTwo(bool fromPos) {
593 
594  // Check whether we went too far in p+-.
595  if (pRem.e() < 0.  || w2Rem < 0. || (hadrons.size() > 0 
596    && hadrons.back().e() < 0.) ) return false; 
597  if ( posEnd.iPosOld > negEnd.iPosOld || negEnd.iNegOld > posEnd.iNegOld) 
598    return false; 
599  if ( posEnd.iPosOld == negEnd.iPosOld && posEnd.xPosOld < negEnd.xPosOld) 
600    return false; 
601  if ( posEnd.iNegOld == negEnd.iNegOld && posEnd.xNegOld > negEnd.xNegOld) 
602    return false; 
603
604  // Construct the final hadron from the leftover flavours.
605  // Impossible to join two diquarks. Also break if stuck for other reason.
606  FlavContainer flav1 = (fromPos) ? posEnd.flavNew.anti() : posEnd.flavOld;
607  FlavContainer flav2 = (fromPos) ? negEnd.flavOld : negEnd.flavNew.anti();
608  if (flav1.isDiquark() && flav2.isDiquark()) return false;
609  int idHad;
610  for (int iTry = 0; iTry < NTRYFLAV; ++iTry) {
611    idHad = flavSelPtr->combine( flav1, flav2);
612    if (idHad != 0) break;
613  } 
614  if (idHad == 0) return false;
615
616  // Store the final particle and its new pT, and construct its mass.
617  if (fromPos) {
618    negEnd.idHad = idHad;
619    negEnd.pxNew = -posEnd.pxNew;
620    negEnd.pyNew = -posEnd.pyNew;
621    negEnd.mHad  = particleDataPtr->mass(idHad);
622  } else {     
623    posEnd.idHad = idHad;
624    posEnd.pxNew = -negEnd.pxNew;
625    posEnd.pyNew = -negEnd.pyNew;
626    posEnd.mHad  = particleDataPtr->mass(idHad);
627  }
628
629  // String region in which to do the joining.
630  StringRegion region = finalRegion();
631  if (region.isEmpty) return false;
632
633  // Project remaining momentum along longitudinal and transverse directions.
634  region.project( pRem);
635  double pxRem   = region.px() - posEnd.pxOld - negEnd.pxOld;
636  double pyRem   = region.py() - posEnd.pyOld - negEnd.pyOld;
637  double xPosRem = region.xPos();
638  double xNegRem = region.xNeg();
639
640  // Share extra pT kick evenly between final two hadrons.
641  posEnd.pxOld += 0.5 * pxRem;
642  posEnd.pyOld += 0.5 * pyRem;
643  negEnd.pxOld += 0.5 * pxRem;
644  negEnd.pyOld += 0.5 * pyRem;
645
646  // Construct new pT and mT of the final two particles.
647  posEnd.pxHad  = posEnd.pxOld + posEnd.pxNew;
648  posEnd.pyHad  = posEnd.pyOld + posEnd.pyNew;
649  posEnd.mT2Had = pow2(posEnd.mHad) + pow2(posEnd.pxHad) 
650    + pow2(posEnd.pyHad);
651  negEnd.pxHad  = negEnd.pxOld + negEnd.pxNew;
652  negEnd.pyHad  = negEnd.pyOld + negEnd.pyNew;
653  negEnd.mT2Had = pow2(negEnd.mHad) + pow2(negEnd.pxHad) 
654    + pow2(negEnd.pyHad);
655
656  // Construct remaining system transverse mass.
657  double wT2Rem = w2Rem + pow2( posEnd.pxHad + negEnd.pxHad)
658    + pow2( posEnd.pyHad + negEnd.pyHad);
659
660  // Check that kinematics possible.
661  if ( sqrt(wT2Rem) < sqrt(posEnd.mT2Had) + sqrt(negEnd.mT2Had) ) 
662    return false;
663  double lambda2 = pow2( wT2Rem - posEnd.mT2Had - negEnd.mT2Had) 
664    - 4. * posEnd.mT2Had * negEnd.mT2Had;
665  if (lambda2 <= 0.) return false;
666
667  // Construct kinematics, as viewed in the transverse rest frame.
668  double lambda = sqrt(lambda2);
669  double probReverse = 1. / (1. + exp( min( EXPMAX, bLund * lambda) ) ); 
670  double xpzPos = 0.5 * lambda/ wT2Rem;
671  if (probReverse > rndmPtr->flat()) xpzPos = -xpzPos; 
672  double xmDiff = (posEnd.mT2Had - negEnd.mT2Had) / wT2Rem;
673  double xePos  = 0.5 * (1. + xmDiff);
674  double xeNeg  = 0.5 * (1. - xmDiff ); 
675
676  // Translate this into kinematics in the string frame.
677  Vec4 pHadPos = region.pHad( (xePos + xpzPos) *  xPosRem,
678    (xePos - xpzPos) *  xNegRem, posEnd.pxHad, posEnd.pyHad);
679  Vec4 pHadNeg = region.pHad( (xeNeg - xpzPos) *  xPosRem,
680    (xeNeg + xpzPos) *  xNegRem, negEnd.pxHad, negEnd.pyHad);
681
682  // Add produced particles to the event record.
683  hadrons.append( posEnd.idHad, 83, posEnd.iEnd, negEnd.iEnd, 
684    0, 0, 0, 0, pHadPos, posEnd.mHad);
685  hadrons.append( negEnd.idHad, 84, posEnd.iEnd, negEnd.iEnd,
686    0, 0, 0, 0, pHadNeg, negEnd.mHad);
687
688  // It worked.
689  return true;
690 
691}
692
693//--------------------------------------------------------------------------
694
695//  Construct a special joining region for the final two hadrons.
696
697StringRegion StringFragmentation::finalRegion() {
698
699  // Simple case when both string ends are in the same region.
700  if (posEnd.iPosOld == negEnd.iPosOld && posEnd.iNegOld == negEnd.iNegOld) 
701    return system.region( posEnd.iPosOld, posEnd.iNegOld);
702
703  // Start out with empty region. (Empty used for error returns.)
704  StringRegion region;
705   
706  // Add up all remaining p+.
707  Vec4 pPosJoin;
708  if ( posEnd.iPosOld == negEnd.iPosOld) {
709    double xPosJoin = posEnd.xPosOld - negEnd.xPosOld;
710    if (xPosJoin < 0.) return region;
711    pPosJoin = system.regionLowPos(posEnd.iPosOld).pHad( xPosJoin, 0., 0., 0.);
712  } else {
713    for (int iPosNow = posEnd.iPosOld; iPosNow <= negEnd.iPosOld; ++iPosNow) {
714      if (iPosNow == posEnd.iPosOld) pPosJoin
715        += system.regionLowPos(iPosNow).pHad( posEnd.xPosOld, 0., 0., 0.);
716      else if (iPosNow == negEnd.iPosOld) pPosJoin
717        += system.regionLowPos(iPosNow).pHad( 1. - negEnd.xPosOld, 0., 0., 0.);
718      else pPosJoin += system.regionLowPos(iPosNow).pHad( 1., 0., 0., 0.);
719    }
720  }
721   
722  // Add up all remaining p-.
723  Vec4 pNegJoin;
724  if ( negEnd.iNegOld == posEnd.iNegOld) {
725    double xNegJoin = negEnd.xNegOld - posEnd.xNegOld;
726    if (xNegJoin < 0.) return region;
727    pNegJoin = system.regionLowNeg(negEnd.iNegOld).pHad( 0., xNegJoin, 0., 0.);
728  } else {
729    for (int iNegNow = negEnd.iNegOld; iNegNow <= posEnd.iNegOld; ++iNegNow) {
730      if (iNegNow == negEnd.iNegOld) pNegJoin
731        += system.regionLowNeg(iNegNow).pHad( 0., negEnd.xNegOld, 0., 0.);
732      else if (iNegNow == posEnd.iNegOld) pNegJoin
733        += system.regionLowNeg(iNegNow).pHad( 0., 1. - posEnd.xNegOld, 0., 0.);
734      else pNegJoin += system.regionLowNeg(iNegNow).pHad( 0., 1., 0., 0.);
735    }
736  }
737
738  // For a closed gluon loop pPosJoin == pNegJoin and the above does not work.
739  // So reshuffle; "perfect" for g g systems, OK in general.
740  Vec4 pTest = pPosJoin - pNegJoin;
741  if ( abs(pTest.px()) + abs(pTest.py()) + abs(pTest.pz()) + abs(pTest.e()) 
742    < MATCHPOSNEG * (pPosJoin.e() + pNegJoin.e()) ) {
743    Vec4 delta
744      = system.regionLowPos(posEnd.iPosOld + 1).pHad( 1., 0., 0., 0.)
745      - system.regionLowNeg(negEnd.iNegOld + 1).pHad( 0., 1., 0., 0.);
746    pPosJoin -= delta;
747    pNegJoin += delta;
748  }
749
750  // Construct a new region from remaining p+ and p-.
751  region.setUp( pPosJoin, pNegJoin);
752  if (region.isEmpty) return region;
753
754  // Project the existing pTold vectors onto the new directions.
755  Vec4 pTposOld = system.region( posEnd.iPosOld, posEnd.iNegOld).pHad(
756    0., 0.,  posEnd.pxOld, posEnd.pyOld);
757  region.project( pTposOld);
758  posEnd.pxOld = region.px();
759  posEnd.pyOld = region.py();
760  Vec4 pTnegOld = system.region( negEnd.iPosOld, negEnd.iNegOld).pHad(
761      0., 0.,  negEnd.pxOld, negEnd.pyOld);
762  region.project( pTnegOld);
763  negEnd.pxOld = region.px();
764  negEnd.pyOld = region.py();
765
766  // Done.
767  return region;
768
769}
770
771//--------------------------------------------------------------------------
772
773// Store the hadrons in the normal event record, ordered from one end.
774
775void StringFragmentation::store(Event& event) {
776
777  // Starting position.
778  int iFirst = event.size();
779
780  // Copy straight over from first two junction legs.
781  if (hasJunction) { 
782    for (int i = 0; i < hadrons.size(); ++i) 
783    if (hadrons[i].status() == 85 || hadrons[i].status() == 86) 
784      event.append( hadrons[i] );
785  }
786 
787  // Loop downwards, copying all from the positive end.
788  for (int i = 0; i < hadrons.size(); ++i) 
789    if (hadrons[i].status() == 83) event.append( hadrons[i] );
790
791  // Loop upwards, copying all from the negative end.
792  for (int i = hadrons.size() - 1; i >= 0 ; --i) 
793    if (hadrons[i].status() == 84) event.append( hadrons[i] );
794  int iLast = event.size() - 1; 
795
796  // Set decay vertex when this is displaced.
797  if (event[posEnd.iEnd].hasVertex()) {
798    Vec4 vDec = event[posEnd.iEnd].vDec();
799    for (int i = iFirst; i <= iLast; ++i) event[i].vProd( vDec );
800  }
801
802  // Set lifetime of hadrons.
803  for (int i = iFirst; i <= iLast; ++i) 
804    event[i].tau( event[i].tau0() * rndmPtr->exp() );
805
806  // Mark original partons as hadronized and set their daughter range.
807  for (int i = 0; i < int(iParton.size()); ++i)
808  if (iParton[i] >= 0) {
809    event[ iParton[i] ].statusNeg();
810    event[ iParton[i] ].daughters(iFirst, iLast);
811  }   
812
813}
814
815//--------------------------------------------------------------------------
816
817// Fragment off two of the string legs in to a junction.
818
819bool StringFragmentation::fragmentToJunction(Event& event) {
820
821  // Identify range of partons on the three legs.
822  // (Each leg begins with an iParton[i] = -(10 + 10*junctionNumber + leg),
823  // and partons then appear ordered from the junction outwards.)
824  int legBeg[3] = { 0, 0, 0};
825  int legEnd[3] = { 0, 0, 0};
826  int leg = -1;
827  // PS (4/10/2011) Protect against invalid systems
828  if (iParton[0] > 0) {
829    infoPtr->errorMsg("Error in StringFragmentation::fragment" 
830                      "ToJunction: iParton[0] not a valid junctionNumber");
831    return false;
832  }
833  for (int i = 0; i < int(iParton.size()); ++i) {
834    if (iParton[i] < 0) {
835      if (leg == 2) {
836        infoPtr->errorMsg("Error in StringFragmentation::fragment" 
837                          "ToJunction: unprocessed multi-junction system");
838        return false;
839      }
840      legBeg[++leg] = i + 1; 
841    } 
842    else legEnd[leg] = i;   
843  }
844
845  // Iterate from system rest frame towards the junction rest frame (JRF).
846  RotBstMatrix MtoJRF, Mstep;
847  MtoJRF.bstback(pSum);
848  Vec4 pWTinJRF[3];
849  int iter = 0;
850  double errInCM = 0.;
851  do { 
852    ++iter;
853 
854    // Find weighted sum of momenta on the three sides of the junction.
855    for (leg = 0; leg < 3; ++ leg) { 
856      pWTinJRF[leg] = 0.; 
857      double eWeight = 0.;
858      for (int i = legBeg[leg]; i <= legEnd[leg]; ++i) {
859        Vec4 pTemp = event[ iParton[i] ].p();
860        pTemp.rotbst(MtoJRF);
861        pWTinJRF[leg] += pTemp * exp(-eWeight);     
862        eWeight += pTemp.e() / eNormJunction; 
863        if (eWeight > EJNWEIGHTMAX) break; 
864      }
865    }
866
867    // Store original deviation from 120 degree topology.
868    if (iter == 1) errInCM = pow2(costheta(pWTinJRF[0], pWTinJRF[1]) + 0.5) 
869      + pow2(costheta(pWTinJRF[0], pWTinJRF[2]) + 0.5) 
870      + pow2(costheta(pWTinJRF[1], pWTinJRF[2]) + 0.5); 
871   
872    // Find new JRF from the set of weighted momenta.
873    Mstep = junctionRestFrame( pWTinJRF[0], pWTinJRF[1], pWTinJRF[2]);
874    // Fortran code will not take full step after the first few
875    // iterations. How implement this in terms of an M matrix??
876    MtoJRF.rotbst( Mstep );
877  } while (iter < 3 || (Mstep.deviation() > CONVJNREST && iter < NTRYJNREST) );
878
879  // If final deviation from 120 degrees is bigger than in CM then revert.
880  double errInJRF = pow2(costheta(pWTinJRF[0], pWTinJRF[1]) + 0.5) 
881    + pow2(costheta(pWTinJRF[0], pWTinJRF[2]) + 0.5) 
882    + pow2(costheta(pWTinJRF[1], pWTinJRF[2]) + 0.5); 
883  if (errInJRF > errInCM) {
884    infoPtr->errorMsg("Warning in StringFragmentation::fragmentTo" 
885      "Junction: bad convergence junction rest frame");
886    MtoJRF.reset();
887    MtoJRF.bstback(pSum); 
888  } 
889
890  // Opposite operation: boost from JRF to original system.
891  RotBstMatrix MfromJRF = MtoJRF;
892  MfromJRF.invert();
893
894  // Sum leg four-momenta in original frame and in JRF.
895  Vec4 pInLeg[3], pInJRF[3];
896  for (leg = 0; leg < 3; ++leg) { 
897    pInLeg[leg] = 0.; 
898    for (int i = legBeg[leg]; i <= legEnd[leg]; ++i) 
899      pInLeg[leg] += event[ iParton[i] ].p(); 
900    pInJRF[leg] = pInLeg[leg]; 
901    pInJRF[leg].rotbst(MtoJRF);
902  }
903
904  // Pick the two legs with lowest energy in JRF.
905  int legMin = (pInJRF[0].e() < pInJRF[1].e()) ? 0 : 1;
906  int legMax = 1 - legMin;
907  if (pInJRF[2].e() < min(pInJRF[0].e(), pInJRF[1].e()) ) legMin = 2;
908  else if (pInJRF[2].e() > max(pInJRF[0].e(), pInJRF[1].e()) ) legMax = 2;
909  int legMid = 3 - legMin - legMax; 
910
911  // Save info on which status codes belong with the three legs.
912  int iJunction = (-iParton[0]) / 10 - 1;
913  event.statusJunction( iJunction, legMin, 85);
914  event.statusJunction( iJunction, legMid, 86);
915  event.statusJunction( iJunction, legMax, 83); 
916
917  // Temporarily copy the partons on the low-energy legs, into the JRF,
918  // in reverse order, so (anti)quark leg end first.
919  vector<int> iPartonMin;
920  for (int i = legEnd[legMin]; i >= legBeg[legMin]; --i) { 
921    int iNew = event.append( event[ iParton[i] ] ); 
922    event[iNew].rotbst(MtoJRF);   
923    iPartonMin.push_back( iNew ); 
924  }
925  vector<int> iPartonMid;
926  for (int i = legEnd[legMid]; i >= legBeg[legMid]; --i) { 
927    int iNew = event.append( event[ iParton[i] ] ); 
928    event[iNew].rotbst(MtoJRF);   
929    iPartonMid.push_back( iNew ); 
930  }
931
932  // Find final weighted sum of momenta on each of the two legs.
933  double eWeight = 0.;
934  pWTinJRF[legMin] = 0.; 
935  for (int i = iPartonMin.size() - 1; i >= 0; --i) {
936    pWTinJRF[legMin] += event[ iPartonMin[i] ].p() * exp(-eWeight);     
937    eWeight += event[ iPartonMin[i] ].e() / eNormJunction; 
938    if (eWeight > EJNWEIGHTMAX) break; 
939  }
940  eWeight = 0.;
941  pWTinJRF[legMid] = 0.; 
942  for (int i = iPartonMid.size() - 1; i >= 0; --i) {
943    pWTinJRF[legMid] += event[ iPartonMid[i] ].p() * exp(-eWeight);     
944    eWeight += event[ iPartonMid[i] ].e() / eNormJunction; 
945    if (eWeight > EJNWEIGHTMAX) break; 
946  }
947   
948  // Define fictitious opposing partons in JRF and store as string ends.
949  Vec4 pOppose = pWTinJRF[legMin];   
950  pOppose.flip3();
951  int idOppose = (rndmPtr->flat() > 0.5) ? 2 : 1;
952  if (event[ iPartonMin[0] ].col() > 0) idOppose = -idOppose;
953  int iOppose = event.append( idOppose, 77, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
954    pOppose, 0.); 
955  iPartonMin.push_back( iOppose);
956  pOppose = pWTinJRF[legMid];   
957  pOppose.flip3();
958  idOppose = (rndmPtr->flat() > 0.5) ? 2 : 1;
959  if (event[ iPartonMid[0] ].col() > 0) idOppose = -idOppose;
960  iOppose = event.append( idOppose, 77, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
961    pOppose, 0.); 
962  iPartonMid.push_back( iOppose);
963
964  // Set up kinematics of string evolution in low-energy temporary systems.
965  systemMin.setUp(iPartonMin, event);
966  systemMid.setUp(iPartonMid, event);
967
968  // Outer fallback loop, when too little energy left for third leg.
969  int idMin = 0;
970  int idMid = 0;
971  Vec4 pDiquark;
972  for ( int iTryOuter = 0; ; ++iTryOuter) {
973 
974    // Middle fallback loop, when much unused energy in leg remnants.
975    double eLeftMin = 0.;
976    double eLeftMid = 0.;
977    for ( int iTryMiddle = 0; ; ++iTryMiddle) { 
978   
979      // Loop over the two lowest-energy legs.
980      for (int legLoop = 0; legLoop < 2; ++ legLoop) { 
981        int legNow = (legLoop == 0) ? legMin : legMid;
982
983        // Read in properties specific to this leg.
984        StringSystem& systemNow = (legLoop == 0) ? systemMin : systemMid;
985        int idPos = (legLoop == 0) ? event[ iPartonMin[0] ].id() 
986          : event[ iPartonMid[0] ].id();
987        idOppose = (legLoop == 0) ? event[ iPartonMin.back() ].id() 
988          : event[ iPartonMid.back() ].id();
989        double eInJRF = pInJRF[legNow].e();
990        int statusHad = (legLoop == 0) ? 85 : 86; 
991 
992        // Inner fallback loop, when a diquark comes in to junction.
993        double eUsed = 0.;
994        for ( int iTryInner = 0; ; ++iTryInner) { 
995          if (iTryInner > 2 * NTRYJNMATCH) {
996            infoPtr->errorMsg("Error in StringFragmentation::fragment" 
997              "ToJunction: caught in junction flavour loop");
998            event.popBack( iPartonMin.size() + iPartonMid.size() );
999            return false;
1000          }
1001          bool needBaryon = (abs(idPos) > 10 && iTryInner > NTRYJNMATCH); 
1002          double eExtra   = (iTryInner > NTRYJNMATCH) ? EEXTRAJNMATCH : 0.;
1003 
1004          // Set up two string ends, and begin fragmentation loop.
1005          setStartEnds(idPos, idOppose, systemNow);
1006          eUsed = 0.;
1007          int nHadrons = 0;
1008          bool noNegE = true;
1009          for ( ; ; ++nHadrons) {
1010     
1011            // Construct trial hadron from positive end.
1012            posEnd.newHadron();
1013            Vec4 pHad = posEnd.kinematicsHadron(systemNow);
1014
1015            // Negative energy signals failure in construction.
1016            if (pHad.e() < 0. ) { noNegE = false; break; }
1017 
1018            // Break if passed system midpoint ( = junction) in energy.
1019            // Exceptions: small systems, and/or with diquark end.
1020            bool delayedBreak = false;
1021            if (eUsed + pHad.e() + eExtra > eInJRF) {
1022              if (nHadrons > 0 || !needBaryon) break;
1023              delayedBreak = true;
1024            } 
1025
1026            // Else construct kinematics of the new hadron and store it.
1027            hadrons.append( posEnd.idHad, statusHad, iPos, iNeg, 
1028              0, 0, 0, 0, pHad, posEnd.mHad);
1029
1030            // Update string end and remaining momentum.
1031            posEnd.update();
1032            eUsed += pHad.e();
1033
1034            // Delayed break in small systems, and/or with diquark end.
1035            if (delayedBreak) {
1036              ++nHadrons;
1037              break;
1038            }
1039          }
1040
1041          // End of fragmentation loop. Inner loopback if ends on a diquark.
1042          if ( noNegE && abs(posEnd.flavOld.id) < 10 ) break; 
1043          hadrons.popBack(nHadrons);
1044        }
1045
1046        // End of one-leg fragmentation. Store end quark and remnant energy.
1047        if (legNow == legMin) {
1048          idMin = posEnd.flavOld.id;
1049          eLeftMin = eInJRF - eUsed;
1050        } else {
1051          idMid = posEnd.flavOld.id; 
1052          eLeftMid = eInJRF - eUsed;
1053        }
1054      }
1055
1056      // End of both-leg fragmentation.
1057      // Middle loopback if too much energy left.
1058      double eTrial = eBothLeftJunction + rndmPtr->flat() * eMaxLeftJunction;
1059      if (iTryMiddle > NTRYJNMATCH
1060        || ( min( eLeftMin, eLeftMid) < eBothLeftJunction
1061        && max( eLeftMin, eLeftMid) < eTrial ) ) break;
1062      hadrons.clear();
1063    }
1064
1065    // Boost hadrons away from the JRF to the original frame.
1066    for (int i = 0; i < hadrons.size(); ++i) {
1067      hadrons[i].rotbst(MfromJRF);
1068      // Recalculate energy to compensate for numerical precision loss
1069      // in iterative calculation of MfromJRF.
1070      hadrons[i].e( hadrons[i].eCalc() );
1071      pJunctionHadrons += hadrons[i].p();
1072    }
1073
1074    // Outer loopback if combined diquark mass too negative
1075    // or too little energy left in third leg.
1076    pDiquark = pInLeg[legMin] + pInLeg[legMid] - pJunctionHadrons; 
1077    double m2Left = m2( pInLeg[legMax], pDiquark);
1078    if (iTryOuter >  NTRYJNMATCH || (pDiquark.mCalc() > MDIQUARKMIN
1079      && m2Left > eMinLeftJunction * pInLeg[legMax].e()) ) break;
1080    hadrons.clear();
1081    pJunctionHadrons = 0.; 
1082  }
1083
1084  // Now found solution; no more loopback. Remove temporary parton copies.
1085  event.popBack( iPartonMin.size() + iPartonMid.size() ); 
1086 
1087  // Construct and store an effective diquark string end from the
1088  // two remnant quark ends, for temporary usage.
1089  int    idDiquark = flavSelPtr->makeDiquark( idMin, idMid);
1090  double mDiquark  = pDiquark.mCalc();
1091  int    iDiquark  = event.append( idDiquark, 78, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
1092    pDiquark, mDiquark); 
1093
1094  // Find the partons on the last leg, again in reverse order.
1095  vector<int> iPartonMax;
1096  for (int i = legEnd[legMax]; i >= legBeg[legMax]; --i)
1097    iPartonMax.push_back( iParton[i] ); 
1098  iPartonMax.push_back( iDiquark ); 
1099
1100  // Recluster gluons nearby to diquark end when taken too much energy.
1101  int iPsize       = iPartonMax.size();
1102  double m0Diquark = event[iDiquark].m0();
1103  while (iPsize > 2) {
1104    Vec4 pGluNear = event[ iPartonMax[iPsize - 2] ].p();
1105    if ( pDiquark.mCalc() > 0. 
1106      && (pDiquark + 0.5 * pGluNear).mCalc() > m0Diquark + mJoin ) break; 
1107    pDiquark += pGluNear;
1108    event[iDiquark].p( pDiquark );
1109    event[iDiquark].m( pDiquark.mCalc() );
1110    iPartonMax.pop_back();
1111    --iPsize;
1112    iPartonMax[iPsize - 1] = iDiquark; 
1113  }
1114
1115  // Modify parton list to remaining leg + remnant of the first two.
1116  iParton = iPartonMax;
1117 
1118  // Done.
1119  return true;
1120}
1121
1122//--------------------------------------------------------------------------
1123
1124// Find the boost matrix to the rest frame of a junction,
1125// given the three respective endpoint four-momenta.
1126
1127RotBstMatrix StringFragmentation::junctionRestFrame(Vec4& p0, Vec4& p1, 
1128  Vec4& p2) {
1129
1130  // Calculate masses and other invariants.
1131  Vec4 pSumJun  = p0 + p1 + p2;
1132  double sHat   = pSumJun.m2Calc();
1133  double pp[3][3];
1134  pp[0][0]      = p0.m2Calc();
1135  pp[1][1]      = p1.m2Calc();
1136  pp[2][2]      = p2.m2Calc();
1137  pp[0][1] = pp[1][0] = p0 * p1; 
1138  pp[0][2] = pp[2][0] = p0 * p2; 
1139  pp[1][2] = pp[2][1] = p1 * p2; 
1140
1141  // Requirement (eiMax)_j = pi*pj/mj < (eiMax)_k = pi*pk/mk, used below,
1142  // here rewritten as pi*pj * mk < pi*pk * mj and squared.
1143  double eMax01 = pow2(pp[0][1]) * pp[2][2];
1144  double eMax02 = pow2(pp[0][2]) * pp[1][1];
1145  double eMax12 = pow2(pp[1][2]) * pp[0][0];
1146
1147  // Initially pick i to be the most massive parton. but allow other tries.
1148  int i = (pp[1][1] > pp[0][0]) ? 1 : 0;
1149  if (pp[2][2] > max(pp[0][0], pp[1][1])) i = 2; 
1150  int j, k;
1151  double ei     = 0.;
1152  double ej     = 0.;
1153  double ek     = 0.;
1154  for (int iTry = 0; iTry < 3; ++iTry) {
1155
1156    // Pick j to give minimal eiMax, and k the third vector.
1157    if (i == 0) j = (eMax02 < eMax01) ? 2 : 1;
1158    else if (i == 1) j = (eMax12 < eMax01) ? 2 : 0;
1159    else j = (eMax12 < eMax02) ? 1 : 0; 
1160    k = 3 - i - j;
1161
1162    // Alternative names according to i, j, k conventions.
1163    double m2i  = pp[i][i];
1164    double m2j  = pp[j][j];
1165    double m2k  = pp[k][k];
1166    double pipj = pp[i][j];
1167    double pipk = pp[i][k];
1168    double pjpk = pp[j][k];
1169
1170    // Trivial to find new parton energies if all three partons are massless.
1171    if (m2i < M2MAXJRF) {
1172      ei        = sqrt( 2. * pipk * pipj / (3. * pjpk) );
1173      ej        = sqrt( 2. * pjpk * pipj / (3. * pipk) );
1174      ek        = sqrt( 2. * pipk * pjpk / (3. * pipj) );
1175
1176    // Else find three-momentum range for parton i and values at extremes.
1177    } else { 
1178      // Minimum when i is at rest.
1179      double piMin = 0.; 
1180      double eiMin = sqrt(m2i);
1181      double ejMin = pipj / eiMin;
1182      double ekMin = pipk / eiMin;
1183      double pjMin = sqrtpos( ejMin*ejMin - m2j );   
1184      double pkMin = sqrtpos( ekMin*ekMin - m2k ); 
1185      double fMin  = ejMin * ekMin + 0.5 * pjMin * pkMin - pjpk;
1186      // Maximum estimated when j + k is at rest, alternatively j at rest.
1187      double eiMax = (pipj + pipk) / sqrt(m2j + m2k + 2. * pjpk);
1188      if (m2j > M2MAXJRF) eiMax = min( eiMax, pipj / sqrt(m2j) );
1189      double piMax = sqrtpos( eiMax*eiMax - m2i ); 
1190      double temp  = eiMax*eiMax - 0.25 *piMax*piMax;
1191      double pjMax = (eiMax * sqrtpos( pipj*pipj - m2j * temp ) 
1192        - 0.5 * piMax * pipj) / temp;
1193      double pkMax = (eiMax * sqrtpos( pipk*pipk - m2k * temp ) 
1194        - 0.5 * piMax * pipk) / temp;
1195      double ejMax = sqrt(pjMax*pjMax + m2j);
1196      double ekMax = sqrt(pkMax*pkMax + m2k);
1197      double fMax  = ejMax * ekMax + 0.5 * pjMax * pkMax - pjpk;
1198
1199      // If unexpected values at upper endpoint then pick another parton.
1200      if (fMax > 0.) {
1201        int iPrel = (i + 1)%3;
1202        if (pp[iPrel][iPrel] > M2MAXJRF) {i = iPrel; continue;}
1203        ++iTry;
1204        iPrel = (i + 2)%3; 
1205        if (iTry < 3 && pp[iPrel][iPrel] > M2MAXJRF) {i = iPrel; continue;}
1206      }
1207
1208      // Start binary + linear search to find solution inside range.
1209      int iterMin = 0;
1210      int iterMax = 0;
1211      double pi   = 0.5 * (piMin + piMax);
1212      for (int iter = 0; iter < NTRYJRFEQ; ++iter) {
1213 
1214        // Derive momentum of other two partons and distance to root.
1215        ei = sqrt(pi*pi + m2i);
1216        temp = ei*ei - 0.25 * pi*pi;
1217        double pj = (ei * sqrtpos( pipj*pipj - m2j * temp )
1218          - 0.5 * pi * pipj) / temp;
1219        double pk = (ei * sqrtpos( pipk*pipk - m2k * temp )
1220          - 0.5 * pi * pipk) / temp;
1221        ej = sqrt(pj*pj + m2j);
1222        ek = sqrt(pk*pk + m2k);
1223        double fNow = ej * ek + 0.5 * pj * pk - pjpk;
1224
1225        // Replace lower or upper bound by new value.
1226        if (fNow > 0.) { ++iterMin; piMin = pi; fMin = fNow;}
1227        else {++iterMax; piMax = pi; fMax = fNow;}     
1228           
1229        // Pick next i momentum to explore, hopefully closer to root.
1230        if (2 * iter < NTRYJRFEQ
1231          && (iterMin < 2 || iterMax < 2 || 4 * iter < NTRYJRFEQ))
1232          { pi = 0.5 * (piMin + piMax); continue;} 
1233        if (fMin < 0. || fMax > 0. || abs(fNow) < CONVJRFEQ * sHat) break;
1234        pi = piMin + (piMax - piMin) * fMin / (fMin - fMax);
1235      }
1236
1237    // If arrived here then either succeeded or exhausted possibilities.
1238    } break;
1239  }
1240
1241  // Now we know the energies in the junction rest frame.
1242  double eNew[3] = { 0., 0., 0.}; 
1243  eNew[i] = ei; 
1244  eNew[j] = ej; 
1245  eNew[k] = ek;
1246 
1247  // Boost (copy of) partons to their rest frame.
1248  RotBstMatrix Mmove; 
1249  Vec4 p0cm = p0; 
1250  Vec4 p1cm = p1; 
1251  Vec4 p2cm = p2; 
1252  Mmove.bstback(pSumJun);
1253  p0cm.rotbst(Mmove);
1254  p1cm.rotbst(Mmove);
1255  p2cm.rotbst(Mmove); 
1256
1257  // Construct difference vectors and the boost to junction rest frame.
1258  Vec4 pDir01      = p0cm / p0cm.e() - p1cm / p1cm.e();
1259  Vec4 pDir02      = p0cm / p0cm.e() - p2cm / p2cm.e();
1260  double pDiff01   = pDir01.pAbs2();
1261  double pDiff02   = pDir02.pAbs2();
1262  double pDiff0102 = dot3(pDir01, pDir02); 
1263  double eDiff01   = eNew[0] / p0cm.e() - eNew[1] / p1cm.e();
1264  double eDiff02   = eNew[0] / p0cm.e() - eNew[2] / p2cm.e();
1265  double denom     = pDiff01 * pDiff02 - pDiff0102*pDiff0102;
1266  double coef01    = (eDiff01 * pDiff02 - eDiff02 * pDiff0102) / denom;
1267  double coef02    = (eDiff02 * pDiff01 - eDiff01 * pDiff0102) / denom;
1268  Vec4 vJunction   = coef01 * pDir01 + coef02 * pDir02;
1269  vJunction.e( sqrt(1. + vJunction.pAbs2()) );
1270
1271  // Add two boosts, giving final result.
1272  Mmove.bst(vJunction); 
1273  return Mmove;
1274
1275}
1276
1277//--------------------------------------------------------------------------
1278
1279// When string fragmentation has failed several times,
1280// try to join some more nearby partons.
1281
1282int StringFragmentation::extraJoin(double facExtra, Event& event) {
1283
1284  // Keep on looping while pairs found below joining threshold.
1285  int nJoin  = 0;
1286  int iPsize = iParton.size();
1287  while (iPsize > 2) {
1288
1289    // Look for the pair of neighbour partons (along string) with
1290    // the smallest invariant mass (subtracting quark masses).
1291    int iJoinMin    = -1;
1292    double mJoinMin = 2. * facExtra * mJoin;
1293    for (int i = 0; i < iPsize - 1; ++i) {
1294      Particle& parton1 = event[ iParton[i] ];
1295      Particle& parton2 = event[ iParton[i + 1] ];
1296      Vec4 pSumNow;
1297      pSumNow += (parton2.isGluon()) ? 0.5 * parton1.p() : parton1.p(); 
1298      pSumNow += (parton2.isGluon()) ? 0.5 * parton2.p() : parton2.p(); 
1299      double mJoinNow = pSumNow.mCalc(); 
1300      if (!parton1.isGluon()) mJoinNow -= parton1.m0();
1301      if (!parton2.isGluon()) mJoinNow -= parton2.m0();
1302      if (mJoinNow < mJoinMin) { iJoinMin = i; mJoinMin = mJoinNow; }
1303    }
1304
1305    // Decide whether to join, if not finished.
1306    if (iJoinMin < 0 || mJoinMin > facExtra * mJoin) return nJoin;
1307    ++nJoin;
1308
1309    // Create new joined parton.
1310    int iJoin1  = iParton[iJoinMin];
1311    int iJoin2  = iParton[iJoinMin + 1];
1312    int idNew   = (event[iJoin1].isGluon()) ? event[iJoin2].id() 
1313                                            : event[iJoin1].id();
1314    int colNew  = event[iJoin1].col();
1315    int acolNew = event[iJoin2].acol();
1316    if (colNew == acolNew) {
1317      colNew    = event[iJoin2].col();
1318      acolNew   = event[iJoin1].acol();
1319    } 
1320    Vec4 pNew   = event[iJoin1].p() + event[iJoin2].p();
1321
1322    // Append joined parton to event record and reduce parton list.
1323    int iNew = event.append( idNew, 73, min(iJoin1, iJoin2), 
1324      max(iJoin1, iJoin2), 0, 0, colNew, acolNew, pNew, pNew.mCalc() );
1325    iParton[iJoinMin] = iNew;
1326    for (int i = iJoinMin + 1; i < iPsize - 1; ++i) 
1327      iParton[i] = iParton[i + 1];
1328    iParton.pop_back();
1329    --iPsize;
1330 
1331  // Done.
1332  }
1333  return nJoin;
1334}
1335 
1336//==========================================================================
1337
1338} // end namespace Pythia8
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.