PHOS/AliPHOSv1.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Implementation version v1 of PHOS Manager class
  20 //---
  21 // Layout EMC + PPSD has name GPS2:
  22 // Produces cumulated hits
  23 //---
  24 // Layout EMC + CPV  has name IHEP:
  25 // Produces hits for CPV, cumulated hits
  26 //---
  27 // Layout EMC + CPV + PPSD has name GPS:
  28 // Produces hits for CPV, cumulated hits
  29 //---
  30 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH)
  31
  32
  33 // --- ROOT system ---
  34
  35 #include "TBRIK.h"
  36 #include "TNode.h"
  37 #include "TRandom.h"
  38 #include "TTree.h"
  39
  40
  41 // --- Standard library ---
  42
  43 #include <stdio.h>
  44 #include <string.h>
  45 #include <stdlib.h>
  46 #include <strstream.h>
  47
  48 // --- AliRoot header files ---
  49
  50 #include "AliPHOSv1.h"
  51 #include "AliPHOSHit.h"
  52 #include "AliPHOSCPVDigit.h"
  53 #include "AliRun.h"
  54 #include "AliConst.h"
  55 #include "AliMC.h"
  56 #include "AliPHOSGeometry.h"
  57
  58 ClassImp(AliPHOSv1)
  59
  60 //____________________________________________________________________________
  61 AliPHOSv1::AliPHOSv1():
  62 AliPHOSv0()
  63 {
  64   // ctor
  65
  66 }
  67
  68 //____________________________________________________________________________
  69 AliPHOSv1::AliPHOSv1(const char *name, const char *title):
  70 AliPHOSv0(name,title)
  71 {
  72   // ctor : title is used to identify the layout
  73   //        GPS2 = 5 modules (EMC + PPSD)
  74   //        IHEP = 5 modules (EMC + CPV )
  75   //        MIXT = 4 modules (EMC + CPV ) and 1 module (EMC + PPSD)
  76   //
  77   // We store hits :
  78   //   - fHits (the "normal" one), which retains the hits associated with
  79   //     the current primary particle being tracked
  80   //     (this array is reset after each primary has been tracked).
  81   //
  82
  83
  84
  85   // We do not want to save in TreeH the raw hits
  86   // But save the cumulated hits instead (need to create the branch myself)
  87   // It is put in the Digit Tree because the TreeH is filled after each primary
  88   // and the TreeD at the end of the event (branch is set in FinishEvent() ).
  89
  90   fHits= new TClonesArray("AliPHOSHit",1000) ;
  91
  92   fNhits = 0 ;
  93
  94   fIshunt     =  1 ; // All hits are associated with primary particles
  95
  96 }
  97
  98 //____________________________________________________________________________
  99 AliPHOSv1::~AliPHOSv1()
 100 {
 101   // dtor
 102
 103   if ( fHits) {
 104     fHits->Delete() ;
 105     delete fHits ;
 106     fHits = 0 ;
 107   }
 108 }
 109
 110 //____________________________________________________________________________
 111 void AliPHOSv1::AddHit(Int_t shunt, Int_t primary, Int_t tracknumber, Int_t Id, Float_t * hits)
 112 {
 113   // Add a hit to the hit list.
 114   // A PHOS hit is the sum of all hits in a single crystal
 115   //   or in a single PPSD gas cell
 116
 117   Int_t hitCounter ;
 118   AliPHOSHit *newHit ;
 119   AliPHOSHit *curHit ;
 120   Bool_t deja = kFALSE ;
 121
 122   newHit = new AliPHOSHit(shunt, primary, tracknumber, Id, hits) ;
 123
 124   for ( hitCounter = fNhits-1 ; hitCounter >= 0 && !deja ; hitCounter-- ) {
 125     curHit = (AliPHOSHit*) (*fHits)[hitCounter] ;
 126     if(curHit->GetPrimary() != primary) break ; // We add hits with the same primary, while GEANT treats primaries succesively
 127     if( *curHit == *newHit ) {
 128       *curHit = *curHit + *newHit ;
 129       deja = kTRUE ;
 130     }
 131   }
 132
 133   if ( !deja ) {
 134     new((*fHits)[fNhits]) AliPHOSHit(*newHit) ;
 135     fNhits++ ;
 136   }
 137
 138   delete newHit;
 139 }
 140
 141 //____________________________________________________________________________
 142 void AliPHOSv1::StepManager(void)
 143 {
 144   // Accumulates hits as long as the track stays in a single crystal or PPSD gas Cell
 145
 146   Int_t          relid[4] ;           // (box, layer, row, column) indices
 147   Int_t          absid    ;           // absolute cell ID number
 148   Float_t        xyze[4]={0,0,0,0}  ; // position wrt MRS and energy deposited
 149   TLorentzVector pos      ;           // Lorentz vector of the track current position
 150   Int_t          copy     ;
 151
 152   Int_t tracknumber =  gAlice->CurrentTrack() ;
 153   Int_t primary     =  gAlice->GetPrimary( gAlice->CurrentTrack() );
 154   TString name      =  fGeom->GetName() ;
 155
 156
 157   if ( name == "GPS2" || name == "MIXT" ) {            // ======> CPV is a GPS' PPSD
 158
 159     if( gMC->CurrentVolID(copy) == gMC->VolId("PPCE") ) // We are inside a gas cell
 160     {
 161       gMC->TrackPosition(pos) ;
 162       xyze[0] = pos[0] ;
 163       xyze[1] = pos[1] ;
 164       xyze[2] = pos[2] ;
 165       xyze[3] = gMC->Edep() ;
 166
 167       if ( xyze[3] != 0 ) { // there is deposited energy
 168         gMC->CurrentVolOffID(5, relid[0]) ;  // get the PHOS Module number
 169         if ( name == "MIXT" && strcmp(gMC->CurrentVolOffName(5),"PHO1") == 0 ){
 170           relid[0] += fGeom->GetNModules() - fGeom->GetNPPSDModules();
 171         }
 172         gMC->CurrentVolOffID(3, relid[1]) ;  // get the Micromegas Module number
 173       // 1-> fGeom->GetNumberOfModulesPhi() * fGeom->GetNumberOfModulesZ() upper
 174       //   > fGeom->GetNumberOfModulesPhi() * fGeom->GetNumberOfModulesZ() lower
 175         gMC->CurrentVolOffID(1, relid[2]) ;  // get the row number of the cell
 176         gMC->CurrentVolID(relid[3]) ;        // get the column number
 177
 178         // get the absolute Id number
 179
 180         fGeom->RelToAbsNumbering(relid, absid) ;
 181
 182         // add current hit to the hit list
 183           AddHit(fIshunt, primary, tracknumber, absid, xyze);
 184
 185
 186       } // there is deposited energy
 187     } // We are inside the gas of the CPV
 188   } // GPS2 configuration
 189
 190   if ( name == "IHEP" || name == "MIXT" ) {       // ======> CPV is a IHEP's one
 191
 192     // Yuri Kharlov, 28 September 2000
 193
 194     if( gMC->CurrentVolID(copy) == gMC->VolId("PCPQ") &&
 195         (gMC->IsTrackEntering() ) &&
 196         gMC->TrackCharge() != 0) {
 197
 198       gMC -> TrackPosition(pos);
 199       Float_t xyzm[3], xyzd[3] ;
 200       Int_t i;
 201       for (i=0; i<3; i++) xyzm[i] = pos[i];
 202       gMC -> Gmtod (xyzm, xyzd, 1);    // transform coordinate from master to daughter system
 203
 204       Float_t        xyd[3]={0,0,0}   ;   //local posiiton of the entering
 205       xyd[0]  = xyzd[0];
 206       xyd[1]  =-xyzd[1];
 207       xyd[2]  =-xyzd[2];
 208
 209
 210       // Current momentum of the hit's track in the local ref. system
 211         TLorentzVector pmom     ;        //momentum of the particle initiated hit
 212       gMC -> TrackMomentum(pmom);
 213       Float_t pm[3], pd[3];
 214       for (i=0; i<3; i++) pm[i]   = pmom[i];
 215       gMC -> Gmtod (pm, pd, 2);        // transform 3-momentum from master to daughter system
 216       pmom[0] = pd[0];
 217       pmom[1] =-pd[1];
 218       pmom[2] =-pd[2];
 219
 220       // Digitize the current CPV hit:
 221
 222       // 1. find pad response and
 223
 224       Int_t moduleNumber;
 225       gMC->CurrentVolOffID(3,moduleNumber);
 226       moduleNumber--;
 227
 228
 229       TClonesArray *cpvDigits = new TClonesArray("AliPHOSCPVDigit",0);   // array of digits for current hit
 230       CPVDigitize(pmom,xyd,moduleNumber,cpvDigits);
 231
 232       Float_t xmean = 0;
 233       Float_t zmean = 0;
 234       Float_t qsum  = 0;
 235       Int_t   idigit,ndigits;
 236
 237       // 2. go through the current digit list and sum digits in pads
 238
 239       ndigits = cpvDigits->GetEntriesFast();
 240       for (idigit=0; idigit<ndigits-1; idigit++) {
 241         AliPHOSCPVDigit  *cpvDigit1 = (AliPHOSCPVDigit*) cpvDigits->UncheckedAt(idigit);
 242         Float_t x1 = cpvDigit1->GetXpad() ;
 243         Float_t z1 = cpvDigit1->GetYpad() ;
 244         for (Int_t jdigit=idigit+1; jdigit<ndigits; jdigit++) {
 245           AliPHOSCPVDigit  *cpvDigit2 = (AliPHOSCPVDigit*) cpvDigits->UncheckedAt(jdigit);
 246           Float_t x2 = cpvDigit2->GetXpad() ;
 247           Float_t z2 = cpvDigit2->GetYpad() ;
 248           if (x1==x2 && z1==z2) {
 249             Float_t qsum = cpvDigit1->GetQpad() + cpvDigit2->GetQpad() ;
 250             cpvDigit2->SetQpad(qsum) ;
 251             cpvDigits->RemoveAt(idigit) ;
 252           }
 253         }
 254       }
 255       cpvDigits->Compress() ;
 256
 257       // 3. add digits to temporary hit list fTmpHits
 258
 259       ndigits = cpvDigits->GetEntriesFast();
 260       for (idigit=0; idigit<ndigits; idigit++) {
 261         AliPHOSCPVDigit  *cpvDigit = (AliPHOSCPVDigit*) cpvDigits->UncheckedAt(idigit);
 262         relid[0] = moduleNumber + 1 ;                             // CPV (or PHOS) module number
 263         relid[1] =-1 ;                                            // means CPV
 264         relid[2] = cpvDigit->GetXpad() ;                          // column number of a pad
 265         relid[3] = cpvDigit->GetYpad() ;                          // row    number of a pad
 266
 267         // get the absolute Id number
 268         fGeom->RelToAbsNumbering(relid, absid) ;
 269
 270         // add current digit to the temporary hit list
 271         xyze[0] = 0. ;
 272         xyze[1] = 0. ;
 273         xyze[2] = 0. ;
 274         xyze[3] = cpvDigit->GetQpad() ;                           // amplitude in a pad
 275         primary = -1;                                             // No need in primary for CPV
 276         AddHit(fIshunt, primary, tracknumber, absid, xyze);
 277
 278         if (cpvDigit->GetQpad() > 0.02) {
 279           xmean += cpvDigit->GetQpad() * (cpvDigit->GetXpad() + 0.5);
 280           zmean += cpvDigit->GetQpad() * (cpvDigit->GetYpad() + 0.5);
 281           qsum  += cpvDigit->GetQpad();
 282         }
 283       }
 284       delete cpvDigits;
 285     }
 286   } // end of IHEP configuration
 287
 288
 289   if(gMC->CurrentVolID(copy) == gMC->VolId("PXTL") ) { //  We are inside a PBWO crystal
 290     gMC->TrackPosition(pos) ;
 291     xyze[0] = pos[0] ;
 292     xyze[1] = pos[1] ;
 293     xyze[2] = pos[2] ;
 294     xyze[3] = gMC->Edep() ;
 295
 296
 297     if ( xyze[3] != 0 ) {  // Track is inside the crystal and deposits some energy
 298
 299       gMC->CurrentVolOffID(10, relid[0]) ; // get the PHOS module number ;
 300
 301       if ( name == "MIXT" && strcmp(gMC->CurrentVolOffName(10),"PHO1") == 0 )
 302         relid[0] += fGeom->GetNModules() - fGeom->GetNPPSDModules();
 303
 304       relid[1] = 0   ;                    // means PBW04
 305       gMC->CurrentVolOffID(4, relid[2]) ; // get the row number inside the module
 306       gMC->CurrentVolOffID(3, relid[3]) ; // get the cell number inside the module
 307
 308       // get the absolute Id number
 309       fGeom->RelToAbsNumbering(relid, absid) ;
 310
 311       // add current hit to the hit list
 312         AddHit(fIshunt, primary,tracknumber, absid, xyze);
 313
 314
 315     } // there is deposited energy
 316   } // we are inside a PHOS Xtal
 317 }
 318
 319 //____________________________________________________________________________
 320 void AliPHOSv1::CPVDigitize (TLorentzVector p, Float_t *zxhit, Int_t moduleNumber, TClonesArray *cpvDigits)
 321 {
 322   // ------------------------------------------------------------------------
 323   // Digitize one CPV hit:
 324   // On input take exact 4-momentum p and position zxhit of the hit,
 325   // find the pad response around this hit and
 326   // put the amplitudes in the pads into array digits
 327   //
 328   // Author: Yuri Kharlov (after Serguei Sadovsky)
 329   // 2 October 2000
 330   // ------------------------------------------------------------------------
 331
 332   const Float_t kCelWr  = fGeom->GetPadSizePhi()/2;  // Distance between wires (2 wires above 1 pad)
 333   const Float_t kDetR   = 0.1;     // Relative energy fluctuation in track for 100 e-
 334   const Float_t kdEdx   = 4.0;     // Average energy loss in CPV;
 335   const Int_t   kNgamz  = 5;       // Ionization size in Z
 336   const Int_t   kNgamx  = 9;       // Ionization size in Phi
 337   const Float_t kNoise = 0.03;    // charge noise in one pad
 338
 339   Float_t rnor1,rnor2;
 340
 341   // Just a reminder on axes notation in the CPV module:
 342   // axis Z goes along the beam
 343   // axis X goes across the beam in the module plane
 344   // axis Y is a normal to the module plane showing from the IP
 345
 346   Float_t hitX  = zxhit[0];
 347   Float_t hitZ  =-zxhit[1];
 348   Float_t pX    = p.Px();
 349   Float_t pZ    =-p.Pz();
 350   Float_t pNorm = p.Py();
 351   Float_t eloss = kdEdx;
 352
 353 //    cout << "CPVDigitize: YVK : "<<hitX<<" "<<hitZ<<" | "<<pX<<" "<<pZ<<" "<<pNorm<<endl;
 354
 355   Float_t dZY   = pZ/pNorm * fGeom->GetCPVGasThickness();
 356   Float_t dXY   = pX/pNorm * fGeom->GetCPVGasThickness();
 357   gRandom->Rannor(rnor1,rnor2);
 358   eloss *= (1 + kDetR*rnor1) *
 359            TMath::Sqrt((1 + ( pow(dZY,2) + pow(dXY,2) ) / pow(fGeom->GetCPVGasThickness(),2)));
 360   Float_t zhit1 = hitZ + fGeom->GetCPVActiveSize(1)/2 - dZY/2;
 361   Float_t xhit1 = hitX + fGeom->GetCPVActiveSize(0)/2 - dXY/2;
 362   Float_t zhit2 = zhit1 + dZY;
 363   Float_t xhit2 = xhit1 + dXY;
 364
 365   Int_t   iwht1 = (Int_t) (xhit1 / kCelWr);           // wire (x) coordinate "in"
 366   Int_t   iwht2 = (Int_t) (xhit2 / kCelWr);           // wire (x) coordinate "out"
 367
 368   Int_t   nIter;
 369   Float_t zxe[3][5];
 370   if (iwht1==iwht2) {                      // incline 1-wire hit
 371     nIter = 2;
 372     zxe[0][0] = (zhit1 + zhit2 - dZY*0.57735) / 2;
 373     zxe[1][0] = (iwht1 + 0.5) * kCelWr;
 374     zxe[2][0] =  eloss/2;
 375     zxe[0][1] = (zhit1 + zhit2 + dZY*0.57735) / 2;
 376     zxe[1][1] = (iwht1 + 0.5) * kCelWr;
 377     zxe[2][1] =  eloss/2;
 378   }
 379   else if (TMath::Abs(iwht1-iwht2) != 1) { // incline 3-wire hit
 380     nIter = 3;
 381     Int_t iwht3 = (iwht1 + iwht2) / 2;
 382     Float_t xwht1 = (iwht1 + 0.5) * kCelWr; // wire 1
 383     Float_t xwht2 = (iwht2 + 0.5) * kCelWr; // wire 2
 384     Float_t xwht3 = (iwht3 + 0.5) * kCelWr; // wire 3
 385     Float_t xwr13 = (xwht1 + xwht3) / 2;   // center 13
 386     Float_t xwr23 = (xwht2 + xwht3) / 2;   // center 23
 387     Float_t dxw1  = xhit1 - xwr13;
 388     Float_t dxw2  = xhit2 - xwr23;
 389     Float_t egm1  = TMath::Abs(dxw1) / ( TMath::Abs(dxw1) + TMath::Abs(dxw2) + kCelWr );
 390     Float_t egm2  = TMath::Abs(dxw2) / ( TMath::Abs(dxw1) + TMath::Abs(dxw2) + kCelWr );
 391     Float_t egm3  =           kCelWr / ( TMath::Abs(dxw1) + TMath::Abs(dxw2) + kCelWr );
 392     zxe[0][0] = (dXY*(xwr13-xwht1)/dXY + zhit1 + zhit1) / 2;
 393     zxe[1][0] =  xwht1;
 394     zxe[2][0] =  eloss * egm1;
 395     zxe[0][1] = (dXY*(xwr23-xwht1)/dXY + zhit1 + zhit2) / 2;
 396     zxe[1][1] =  xwht2;
 397     zxe[2][1] =  eloss * egm2;
 398     zxe[0][2] =  dXY*(xwht3-xwht1)/dXY + zhit1;
 399     zxe[1][2] =  xwht3;
 400     zxe[2][2] =  eloss * egm3;
 401   }
 402   else {                                   // incline 2-wire hit
 403     nIter = 2;
 404     Float_t xwht1 = (iwht1 + 0.5) * kCelWr;
 405     Float_t xwht2 = (iwht2 + 0.5) * kCelWr;
 406     Float_t xwr12 = (xwht1 + xwht2) / 2;
 407     Float_t dxw1  = xhit1 - xwr12;
 408     Float_t dxw2  = xhit2 - xwr12;
 409     Float_t egm1  = TMath::Abs(dxw1) / ( TMath::Abs(dxw1) + TMath::Abs(dxw2) );
 410     Float_t egm2  = TMath::Abs(dxw2) / ( TMath::Abs(dxw1) + TMath::Abs(dxw2) );
 411     zxe[0][0] = (zhit1 + zhit2 - dZY*egm1) / 2;
 412     zxe[1][0] =  xwht1;
 413     zxe[2][0] =  eloss * egm1;
 414     zxe[0][1] = (zhit1 + zhit2 + dZY*egm2) / 2;
 415     zxe[1][1] =  xwht2;
 416     zxe[2][1] =  eloss * egm2;
 417   }
 418
 419   // Finite size of ionization region
 420
 421   Int_t nCellZ  = fGeom->GetNumberOfCPVPadsZ();
 422   Int_t nCellX  = fGeom->GetNumberOfCPVPadsPhi();
 423   Int_t nz3     = (kNgamz+1)/2;
 424   Int_t nx3     = (kNgamx+1)/2;
 425   cpvDigits->Expand(nIter*kNgamx*kNgamz);
 426   TClonesArray &ldigits = *(TClonesArray *)cpvDigits;
 427
 428   for (Int_t iter=0; iter<nIter; iter++) {
 429
 430     Float_t zhit = zxe[0][iter];
 431     Float_t xhit = zxe[1][iter];
 432     Float_t qhit = zxe[2][iter];
 433     Float_t zcell = zhit / fGeom->GetPadSizeZ();
 434     Float_t xcell = xhit / fGeom->GetPadSizePhi();
 435     if ( zcell<=0      || xcell<=0 ||
 436          zcell>=nCellZ || xcell>=nCellX) return;
 437     Int_t izcell = (Int_t) zcell;
 438     Int_t ixcell = (Int_t) xcell;
 439     Float_t zc = zcell - izcell - 0.5;
 440     Float_t xc = xcell - ixcell - 0.5;
 441     for (Int_t iz=1; iz<=kNgamz; iz++) {
 442       Int_t kzg = izcell + iz - nz3;
 443       if (kzg<=0 || kzg>nCellZ) continue;
 444       Float_t zg = (Float_t)(iz-nz3) - zc;
 445       for (Int_t ix=1; ix<=kNgamx; ix++) {
 446         Int_t kxg = ixcell + ix - nx3;
 447         if (kxg<=0 || kxg>nCellX) continue;
 448         Float_t xg = (Float_t)(ix-nx3) - xc;
 449
 450         // Now calculate pad response
 451         Float_t qpad = CPVPadResponseFunction(qhit,zg,xg);
 452         qpad += kNoise*rnor2;
 453         if (qpad<0) continue;
 454
 455         // Fill the array with pad response ID and amplitude
 456         new(ldigits[cpvDigits->GetEntriesFast()]) AliPHOSCPVDigit(kxg,kzg,qpad);
 457       }
 458     }
 459   }
 460 }
 461
 462 //____________________________________________________________________________
 463 Float_t AliPHOSv1::CPVPadResponseFunction(Float_t qhit, Float_t zhit, Float_t xhit) {
 464   // ------------------------------------------------------------------------
 465   // Calculate the amplitude in one CPV pad using the
 466   // cumulative pad response function
 467   // Author: Yuri Kharlov (after Serguei Sadovski)
 468   // 3 October 2000
 469   // ------------------------------------------------------------------------
 470
 471   Double_t dz = fGeom->GetPadSizeZ()   / 2;
 472   Double_t dx = fGeom->GetPadSizePhi() / 2;
 473   Double_t z  = zhit * fGeom->GetPadSizeZ();
 474   Double_t x  = xhit * fGeom->GetPadSizePhi();
 475   Double_t amplitude = qhit *
 476     (CPVCumulPadResponse(z+dz,x+dx) - CPVCumulPadResponse(z+dz,x-dx) -
 477      CPVCumulPadResponse(z-dz,x+dx) + CPVCumulPadResponse(z-dz,x-dx));
 478   return (Float_t)amplitude;
 479 }
 480
 481 //____________________________________________________________________________
 482 Double_t AliPHOSv1::CPVCumulPadResponse(Double_t x, Double_t y) {
 483   // ------------------------------------------------------------------------
 484   // Cumulative pad response function
 485   // It includes several terms from the CF decomposition in electrostatics
 486   // Note: this cumulative function is wrong since omits some terms
 487   //       but the cell amplitude obtained with it is correct because
 488   //       these omitting terms cancel
 489   // Author: Yuri Kharlov (after Serguei Sadovski)
 490   // 3 October 2000
 491   // ------------------------------------------------------------------------
 492
 493   const Double_t kA=1.0;
 494   const Double_t kB=0.7;
 495
 496   Double_t r2       = x*x + y*y;
 497   Double_t xy       = x*y;
 498   Double_t cumulPRF = 0;
 499   for (Int_t i=0; i<=4; i++) {
 500     Double_t b1 = (2*i + 1) * kB;
 501     cumulPRF += TMath::Power(-1,i) * TMath::ATan( xy / (b1*TMath::Sqrt(b1*b1 + r2)) );
 502   }
 503   cumulPRF *= kA/(2*TMath::Pi());
 504   return cumulPRF;
 505 }
 506