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