PHOS/AliPHOSvFast.cxx

   1   /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /* $Id$ */
  17
  18 //_________________________________________________________________________
  19 // Implementation of the PHOS manager class for fast simulations
  20 // Tracks particles until the reach a grossly designed PHOS module
  21 // Modify the particles property (momentum, energy, type) according to
  22 //  the PHOS response function. The result is called a virtual reconstructed
  23 //  particle.
  24 //
  25 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH)
  26
  27 // --- ROOT system ---
  28
  29 #include <TBRIK.h>
  30 #include <TGeometry.h>
  31 #include <TNode.h>
  32 #include <TParticle.h>
  33 #include "TClonesArray.h"
  34 #include <TVirtualMC.h>
  35
  36 // --- Standard library ---
  37
  38 // --- AliRoot header files ---
  39 #include "AliPHOSFastRecParticle.h"
  40 #include "AliPHOSGeometry.h"
  41 #include "AliPHOSLoader.h"
  42 #include "AliPHOSvFast.h"
  43 #include "AliRun.h"
  44
  45 ClassImp(AliPHOSvFast)
  46
  47 //____________________________________________________________________________
  48 AliPHOSvFast::AliPHOSvFast() : AliPHOS()
  49 {
  50   // default ctor : initialize data member
  51    fBigBoxX = 0. ;
  52    fBigBoxY = 0. ;
  53    fBigBoxZ = 0. ;
  54    fFastRecParticles = 0 ;
  55    fNRecParticles = 0 ;
  56    fRan = 0 ;
  57    fResPara1 = 0. ;
  58    fResPara2 = 0. ;
  59    fResPara3 = 0. ;
  60    fPosParaA0 = 0. ;
  61    fPosParaA1 = 0. ;
  62    fPosParaB0 = 0. ;
  63    fPosParaB1 = 0. ;
  64    fPosParaB2 = 0. ;
  65
  66 }
  67
  68 //____________________________________________________________________________
  69 AliPHOSvFast::AliPHOSvFast(const char *name, const char *title):
  70   AliPHOS(name,title)
  71 {
  72   // ctor
  73
  74
  75   // create the Loader
  76
  77   SetBigBox(0, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(0) ) ;
  78   SetBigBox(1, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(3) + GetGeometry()->GetCPVBoxSize(1) ) ;
  79   SetBigBox(2, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(2) );
  80
  81   fNRecParticles = 0 ;
  82   fFastRecParticles = new AliPHOSFastRecParticle::FastRecParticlesList("AliPHOSFastRecParticle", 100) ;
  83
  84   fResPara1 = 0.030 ;    // GeV
  85   fResPara2 = 0.00003 ;
  86   fResPara3 = 0.00001 ;
  87
  88   fPosParaA0 = 2.87 ;    // mm
  89   fPosParaA1 = -0.0975 ;
  90   fPosParaB0 = 0.257 ;
  91   fPosParaB1 = 0.137 ;
  92   fPosParaB2 = 0.00619 ;
  93 }
  94
  95 //____________________________________________________________________________
  96 AliPHOSvFast::~AliPHOSvFast()
  97 {
  98   // dtor
  99
 100   fFastRecParticles->Delete() ;
 101   delete fFastRecParticles ;
 102   fFastRecParticles = 0 ;
 103
 104 }
 105
 106 //____________________________________________________________________________
 107 void AliPHOSvFast::Copy(AliPHOSvFast & fast)
 108 {
 109   TObject::Copy(fast) ;
 110   AliPHOS::Copy(fast) ;
 111   fast.fBigBoxX = fBigBoxX ;
 112   fast.fBigBoxY = fBigBoxY ;
 113   fast.fBigBoxZ = fBigBoxZ ;
 114   fast.fNRecParticles = fNRecParticles ;
 115   fast.fRan = fRan ;
 116   fast.fResPara1 = fResPara1 ;
 117   fast.fResPara2 = fResPara2 ;
 118   fast.fResPara3 = fResPara3 ;
 119   fast.fPosParaA0 = fPosParaA0 ;
 120   fast.fPosParaA1 = fPosParaA1 ;
 121   fast.fPosParaB0 = fPosParaB0 ;
 122   fast.fPosParaB1 = fPosParaB1 ;
 123   fast.fFastRecParticles = new TClonesArray(fFastRecParticles->GetClass()->GetName(), 100) ;
 124   Int_t index ;
 125   for (index = 0 ; index < fFastRecParticles->GetEntries(); index++)
 126     (fast.fFastRecParticles)->AddAt(fFastRecParticles->At(index), index) ;
 127 }
 128
 129 //____________________________________________________________________________
 130 void AliPHOSvFast::AddRecParticle(const AliPHOSFastRecParticle & rp)
 131 {
 132   // Add a virtually reconstructed particle to the list
 133
 134   new( (*fFastRecParticles)[fNRecParticles] ) AliPHOSFastRecParticle(rp) ;
 135   fNRecParticles++ ;
 136 }
 137
 138 //____________________________________________________________________________
 139 void AliPHOSvFast::BuildGeometry()
 140 {
 141   // Build the PHOS geometry for the ROOT display
 142    //BEGIN_HTML
 143   /*
 144     <H2>
 145      PHOS FAST in ALICE displayed by root
 146     </H2>
 147     <H4> All Views </H4>
 148     <P>
 149     <CENTER>
 150     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast All Views" SRC="../images/AliPHOSvFastAllViews.gif">
 151     </CENTER></P>
 152     <H4> Front View </H4>
 153     <P>
 154     <CENTER>
 155     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast Front View" SRC="../images/AliPHOSvFastFrontView.gif">
 156     </CENTER></P>
 157   */
 158   //END_HTML
 159
 160   const Int_t kColorPHOS = kRed ;
 161
 162   Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 163
 164   new TBRIK( "BigBox", "PHOS box", "void", GetBigBox(0)/2,
 165              GetBigBox(1)/2,
 166              GetBigBox(2)/2 );
 167
 168   // position PHOS into ALICE
 169
 170   Float_t r = GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
 171   Int_t number = 988 ;
 172   Float_t pphi =  TMath::ATan( GetBigBox(0)  / ( 2.0 * GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() ) ) ;
 173   pphi *= kRADDEG ;
 174   TNode * top = gAlice->GetGeometry()->GetNode("alice") ;
 175
 176   char * nodename = new char[20] ;
 177   char * rotname  = new char[20] ;
 178
 179   for( Int_t i = 1; i <= GetGeometry()->GetNModules(); i++ ) {
 180    Float_t angle = pphi * 2 * ( i - GetGeometry()->GetNModules() / 2.0 - 0.5 ) ;
 181    sprintf(rotname, "%s%d", "rot", number++) ;
 182    new TRotMatrix(rotname, rotname, 90, angle, 90, 90 + angle, 0, 0);
 183    top->cd();
 184    sprintf(nodename,"%s%d", "Module", i) ;
 185    Float_t x =  r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
 186    Float_t y = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
 187    TNode * bigboxnode = new TNode(nodename, nodename, "BigBox", x, y, 0, rotname ) ;
 188    bigboxnode->SetLineColor(kColorPHOS) ;
 189    fNodes->Add(bigboxnode) ;
 190   }
 191   delete[] nodename ;
 192   delete[] rotname ;
 193 }
 194
 195 //____________________________________________________________________________
 196 void AliPHOSvFast::CreateGeometry()
 197 {
 198   // Create the geometry for GEANT
 199
 200   AliPHOSvFast *phostmp = (AliPHOSvFast*)gAlice->GetModule("PHOS") ;
 201
 202   if ( phostmp == NULL ) {
 203
 204     fprintf(stderr, "PHOS detector not found!\n") ;
 205     return ;
 206
 207   }
 208
 209   // Get pointer to the array containing media indeces
 210   Int_t *idtmed = fIdtmed->GetArray() - 699 ;
 211
 212   Float_t bigbox[3] ;
 213   bigbox[0] =   GetBigBox(0) / 2.0 ;
 214   bigbox[1] =   GetBigBox(1) / 2.0 ;
 215   bigbox[2] =   GetBigBox(2) / 2.0 ;
 216
 217   gMC->Gsvolu("PHOS", "BOX ", idtmed[798], bigbox, 3) ;
 218
 219   // --- Position  PHOS mdules in ALICE setup ---
 220
 221   Int_t idrotm[99] ;
 222   Double_t const kRADDEG = 180.0 / TMath::Pi() ;
 223
 224   for( Int_t i = 1; i <= GetGeometry()->GetNModules(); i++ ) {
 225
 226     Float_t angle = GetGeometry()->GetPHOSAngle(i) ;
 227     AliMatrix(idrotm[i-1], 90.0, angle, 90.0, 90.0+angle, 0.0, 0.0) ;
 228
 229     Float_t r = GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
 230
 231     Float_t xP1 = r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
 232     Float_t yP1 = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
 233     gMC->Gspos("PHOS", i, "ALIC", xP1, yP1, 0.0, idrotm[i-1], "ONLY") ;
 234
 235   } // for GetNModules
 236
 237 }
 238
 239
 240 //____________________________________________________________________________
 241 void AliPHOSvFast::Init(void)
 242 {
 243   // Prints out an information message
 244
 245   Int_t i;
 246
 247   printf("\n");
 248   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
 249   printf(" FAST PHOS_INIT ");
 250   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
 251   printf("\n");
 252
 253   // Here the PHOS initialisation code (if any!)
 254
 255   for(i=0;i<80;i++) printf("*");
 256   printf("\n");
 257
 258 }
 259
 260 //___________________________________________________________________________
 261 Float_t AliPHOSvFast::GetBigBox(Int_t index) const
 262 {
 263   // Get the X, Y or Z dimension of the box describing a PHOS module
 264
 265   Float_t rv = 0 ;
 266
 267   switch (index) {
 268   case 0:
 269     rv = fBigBoxX ;
 270     break ;
 271   case 1:
 272      rv = fBigBoxY ;
 273     break ;
 274   case 2:
 275      rv = fBigBoxZ ;
 276     break ;
 277  }
 278   return rv ;
 279 }
 280 //___________________________________________________________________________
 281
 282 void AliPHOSvFast::MakeBranch(Option_t* opt)
 283 {
 284   // Create new branch in the current reconstructed Root Tree
 285   AliDetector::MakeBranch(opt);
 286   const char *cd = strstr(opt,"R");
 287
 288   if (fFastRecParticles && fLoader->TreeR() && cd) {
 289     MakeBranchInTree(fLoader->TreeR(), GetName(), &fFastRecParticles, fBufferSize, 0);
 290   }
 291 }
 292 //____________________________________________________________________________
 293
 294 Double_t AliPHOSvFast::MakeEnergy(Double_t energy)
 295 {
 296   // Smears the energy according to the energy dependent energy resolution.
 297   // A gaussian distribution is assumed
 298
 299   Double_t sigma  = SigmaE(energy) ;
 300   return  fRan.Gaus(energy, sigma) ;
 301 }
 302 //____________________________________________________________________________
 303
 304 TVector3 AliPHOSvFast::MakePosition(Double_t energy, TVector3 pos, Double_t theta, Double_t phi)
 305 {
 306   // Smears the impact position according to the energy dependent position resolution
 307   // A gaussian position distribution is assumed
 308
 309   TVector3 newpos ;
 310   Double_t sigma = SigmaP( energy, theta*180./TMath::Pi() ) ;
 311   Double_t x = fRan.Gaus( pos.X(), sigma ) ;
 312   sigma = SigmaP( energy, phi*180./TMath::Pi() ) ;
 313   Double_t z = fRan.Gaus( pos.Z(), sigma ) ;
 314   Double_t y = pos.Y() ;
 315
 316   newpos.SetX(x) ;
 317   newpos.SetY(y) ;
 318   newpos.SetZ(z) ;
 319
 320   return newpos ;
 321 }
 322
 323 //____________________________________________________________________________
 324 void AliPHOSvFast::MakeRecParticle(Int_t modid, TVector3 pos, AliPHOSFastRecParticle & rp)
 325 {
 326   // Modify the primary particle properties according
 327   //  1. the response function of PHOS
 328   //  2. the performance of the EMC+PPSD setup
 329
 330   Int_t type = MakeType( rp ) ;
 331   rp.SetType(type) ;
 332
 333
 334   // get the detected energy
 335
 336   TLorentzVector momentum ;
 337   rp.Momentum(momentum) ;
 338   Double_t kineticenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(momentum.E(), 2) - TMath::Power(rp.GetMass(), 2) ) ;
 339   Double_t modifiedkineticenergy = MakeEnergy(kineticenergy ) ;
 340   Double_t modifiedenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(modifiedkineticenergy, 2)
 341                                          + TMath::Power( rp.GetMass(), 2) ) ;
 342
 343   // get the angle of incidence
 344
 345   Double_t incidencetheta = 90. * TMath::Pi() /180 - rp.Theta() ;
 346   Double_t incidencephi   = ( 270 + GetGeometry()->GetPHOSAngle(modid) ) * TMath::Pi() / 180. - rp.Phi() ;
 347
 348   // get the detected direction
 349
 350   TVector3 modifiedposition = MakePosition(kineticenergy, pos, incidencetheta, incidencephi) ;
 351   modifiedposition *= modifiedkineticenergy / modifiedposition.Mag() ;
 352
 353   // Set the modified 4-momentum of the reconstructed particle
 354
 355   rp.SetMomentum(modifiedposition.X(), modifiedposition.Y(), modifiedposition.Z(), modifiedenergy) ;
 356
 357  }
 358
 359 //____________________________________________________________________________
 360 Int_t AliPHOSvFast::MakeType(AliPHOSFastRecParticle & rp )
 361 {
 362   // Generate a particle type using the performance of the EMC+PPSD setup
 363
 364   Int_t rv =   AliPHOSFastRecParticle::kUNDEFINED ;
 365   Int_t charge = (Int_t)rp.GetPDG()->Charge() ;
 366   Int_t test ;
 367   Float_t ran ;
 368   if ( charge != 0 && ( TMath::Abs(rp.GetPdgCode()) != 11 ) )
 369     test = - 1 ;
 370   else
 371     test = rp.GetPdgCode() ;
 372
 373   Fatal("MakeType", "SHOULD NOT BE USED until values of probabilities are properly set ") ;
 374    // NB: ALL VALUES SHOULD BE CHECKED !!!!
 375   switch (test) {
 376
 377   case 22:    // it's a photon              // NB: ALL VALUES SHOLD BE CHECKED !!!!
 378     ran = fRan.Rndm() ;
 379     if( ran <= 0.9498 )
 380       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHAFAST ;
 381     else
 382       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEMFAST ;
 383     break ;
 384
 385   case 2112:  // it's a neutron
 386     ran = fRan.Rndm() ;
 387     if ( ran <= 0.9998 )
 388       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHASLOW ;
 389     else
 390       rv = AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEMSLOW ;
 391     break ;
 392
 393   case -2112: // it's a anti-neutron
 394     ran = fRan.Rndm() ;
 395     if ( ran <= 0.9984 )
 396       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHASLOW ;
 397     else
 398       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEMSLOW ;
 399     break ;
 400
 401   case 11:    // it's a electron
 402     ran = fRan.Rndm() ;
 403     if ( ran <= 0.9996 )
 404       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDEMFAST ;
 405     else
 406       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHAFAST ;
 407     break;
 408
 409   case -11:   // it's a positon
 410     ran = fRan.Rndm() ;
 411     if ( ran <= 0.9996 )
 412       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDEMFAST ;
 413     else
 414       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHAFAST ;
 415     break;
 416
 417   case -1:    // it's a charged
 418     ran = fRan.Rndm() ;
 419     if ( ran <= 0.9996 )
 420       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHAFAST ;
 421     else
 422       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHAFAST ;
 423
 424     break ;
 425   }
 426
 427
 428   return rv ;
 429 }
 430
 431 //___________________________________________________________________________
 432 void AliPHOSvFast::ResetPoints()
 433 {
 434   // This overloads the method in AliDetector
 435
 436   ResetFastRecParticles() ;
 437 }
 438
 439 //___________________________________________________________________________
 440 void AliPHOSvFast::ResetFastRecParticles()
 441 {
 442   // Resets the list of virtual reconstructed particles
 443
 444   if (fFastRecParticles)
 445     fFastRecParticles->Clear() ;
 446   fNRecParticles = 0 ;
 447 }
 448
 449 //___________________________________________________________________________
 450 void AliPHOSvFast::SetBigBox(Int_t index, Float_t value)
 451 {
 452   // Set the size of the Box describing a PHOS module
 453
 454   switch (index) {
 455   case 0:
 456     fBigBoxX = value ;
 457     break ;
 458   case 1:
 459     fBigBoxY = value ;
 460     break ;
 461   case 2:
 462     fBigBoxZ = value ;
 463     break ;
 464  }
 465
 466 }
 467
 468 //____________________________________________________________________________
 469 Double_t AliPHOSvFast::SigmaE(Double_t energy)
 470 {
 471   // Calculates the energy dependent energy resolution
 472
 473   Double_t rv = -1 ;
 474
 475   rv = TMath::Sqrt( TMath::Power(fResPara1/energy, 2)
 476                + TMath::Power(fResPara2/TMath::Sqrt(energy), 2)
 477                + TMath::Power(fResPara3, 2) ) ;
 478
 479   return rv * energy ;
 480 }
 481
 482 //____________________________________________________________________________
 483 Double_t AliPHOSvFast::SigmaP(Double_t energy, Double_t incidence)
 484 {
 485   // Calculates the energy dependent position resolution
 486
 487   Double_t paraA = fPosParaA0 + fPosParaA1 * incidence ;
 488   Double_t paraB = fPosParaB0 + fPosParaB1 * incidence + fPosParaB2 * incidence * incidence ;
 489
 490   return ( paraA / TMath::Sqrt(energy) + paraB ) * 0.1   ; // in cm
 491 }
 492
 493 //____________________________________________________________________________
 494 void AliPHOSvFast::StepManager(void)
 495 {
 496   // Only verifies if the particle reaches PHOS and stops the tracking
 497
 498   TLorentzVector lv ;
 499   gMC->TrackPosition(lv) ;
 500   TVector3 pos = lv.Vect() ;
 501   Int_t modid  ;
 502   gMC->CurrentVolID(modid);
 503
 504   Float_t energy = gMC->Etot() ; //Total energy of current track
 505
 506   //Calculating mass of current particle
 507   TDatabasePDG * pdg = TDatabasePDG::Instance() ;
 508   TParticlePDG * partPDG = pdg->GetParticle(gMC->TrackPid()) ;
 509   Float_t mass = partPDG->Mass() ;
 510
 511   if(energy > mass){
 512     pos.SetMag(TMath::Sqrt(energy*energy-mass*mass)) ;
 513     TLorentzVector pTrack(pos, energy) ;
 514
 515     TParticle * part = new TParticle(gMC->TrackPid(), 0,-1,-1,-1,-1, pTrack, lv)  ;
 516
 517     AliPHOSFastRecParticle rp(*part) ;
 518
 519     // Adds the response of PHOS to the particle
 520     MakeRecParticle(modid, pos, rp) ;
 521
 522     // add the `track' particle to the FastRecParticles list
 523
 524     AddRecParticle(rp) ;
 525
 526     part->Delete() ;
 527   }
 528   // stop the track as soon PHOS is reached
 529
 530   gMC->StopTrack() ;
 531
 532 }
 533