]> git.uio.no Git - u/mrichter/AliRoot.git/blobdiff - STARLIGHT/starlight/src/.svn/text-base/nBodyPhaseSpaceGen.cpp.svn-base
STARLIGHT code and interface
[u/mrichter/AliRoot.git] / STARLIGHT / starlight / src / .svn / text-base / nBodyPhaseSpaceGen.cpp.svn-base
diff --git a/STARLIGHT/starlight/src/.svn/text-base/nBodyPhaseSpaceGen.cpp.svn-base b/STARLIGHT/starlight/src/.svn/text-base/nBodyPhaseSpaceGen.cpp.svn-base
new file mode 100644 (file)
index 0000000..559288e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,258 @@
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+//
+//    Copyright 2010
+//
+//    This file is part of starlight.
+//
+//    starlight is free software: you can redistribute it and/or modify
+//    it under the terms of the GNU General Public License as published by
+//    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
+//    (at your option) any later version.
+//       
+//    starlight is distributed in the hope that it will be useful,
+//    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+//    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
+//    GNU General Public License for more details.
+//       
+//    You should have received a copy of the GNU General Public License
+//    along with starlight. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+//
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+//
+// File and Version Information:
+// $Rev::                             $: revision of last commit
+// $Author::                          $: author of last commit
+// $Date::                            $: date of last commit
+//
+// Description:
+//     see nBodyPhaseSpaceGen.h
+//
+//
+///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
+
+
+#include <algorithm>
+
+#include "nBodyPhaseSpaceGen.h"
+
+
+using namespace std;
+using namespace starlightConstants;
+
+
+nBodyPhaseSpaceGen::nBodyPhaseSpaceGen()
+       : _n                (0),
+         _norm             (0),
+         _weight           (0),
+         _maxWeightObserved(0),
+         _maxWeight        (0)
+{ }
+
+
+nBodyPhaseSpaceGen::~nBodyPhaseSpaceGen()
+{ }
+
+
+// sets decay constants and prepares internal variables
+bool
+nBodyPhaseSpaceGen::setDecay(const vector<double>& daughterMasses)  // array of daughter particle masses
+{
+       _n = daughterMasses.size();
+       if (_n < 2) {
+               printWarn << "number of daughters = " << _n << " does not make sense." << endl;
+               return false;
+       }
+       // copy daughter masses
+       _m.clear();
+       _m = daughterMasses;
+       // prepare effective mass vector
+       _M.clear();
+       _M.resize(_n, 0);
+       _M[0] = _m[0];
+       // prepare angle vectors
+       _cosTheta.clear();
+       _cosTheta.resize(_n, 0);
+       _phi.clear();
+       _phi.resize(_n, 0);
+       // calculate daughter mass sums
+       _mSum.clear();
+       _mSum.resize(_n, 0);
+       _mSum[0] = _m[0];
+       for (unsigned int i = 1; i < _n; ++i)
+               _mSum[i] = _mSum[i - 1] + _m[i];
+       // prepare breakup momentum vector
+       _breakupMom.clear();
+       _breakupMom.resize(_n, 0);
+       // prepare vector for daughter Lorentz vectors
+       _daughters.clear();
+       _daughters.resize(_n, lorentzVector(0, 0, 0, 0));
+       // calculate normalization
+       _norm = 1 / (2 * pow(twoPi, 2 * (int)_n - 3) * factorial(_n - 2));
+       resetMaxWeightObserved();
+       return true;
+}
+
+
+// set decay constants and prepare internal variables
+bool
+nBodyPhaseSpaceGen::setDecay(const unsigned int nmbOfDaughters,  // number of daughter particles
+                             const double*      daughterMasses)  // array of daughter particle masses
+{
+       vector <double> m;
+       m.resize(nmbOfDaughters, 0);
+       for (unsigned int i = 0; i < nmbOfDaughters; ++i)
+               m[i] = daughterMasses[i];
+       return setDecay(m);
+}
+
+
+// generates event with certain n-body mass and momentum and returns event weigth
+// general purpose function
+double
+nBodyPhaseSpaceGen::generateDecay(const lorentzVector& nBody)  // Lorentz vector of n-body system in lab frame
+{
+       const double nBodyMass = nBody.M();
+       if (_n < 2) {
+               printWarn << "number of daughter particles = " << _n << " is smaller than 2. "
+                         << "weight is set to 0." << endl;
+               _weight = 0;
+       } else if (nBodyMass < _mSum[_n - 1]) {
+               printWarn << "n-body mass = " << nBodyMass << " is smaller than sum of daughter masses = "
+                         << _mSum[_n - 1] << ". weight is set to 0." << endl;
+               _weight = 0;
+       } else {
+               pickMasses(nBodyMass);
+               calcWeight();
+               pickAngles();
+               calcEventKinematics(nBody);
+       }
+       return _weight;
+}
+
+
+// generates full event with certain n-body mass and momentum only, when event is accepted (return value = true)
+// this function is more efficient, if only weighted evens are needed
+bool
+nBodyPhaseSpaceGen::generateDecayAccepted(const lorentzVector& nBody,      // Lorentz vector of n-body system in lab frame
+                                          const double         maxWeight)  // if positive, given value is used as maximum weight, otherwise _maxWeight
+{
+       const double nBodyMass = nBody.M();
+       if (_n < 2) {
+               printWarn << "number of daughter particles = " << _n << " is smaller than 2. "
+                         << "no event generated." << endl;
+               return false;
+       } else if (nBodyMass < _mSum[_n - 1]) {
+               printWarn << "n-body mass = " << nBodyMass << " is smaller than sum of daughter masses = "
+                         << _mSum[_n - 1] << ". no event generated." << endl;
+               return false;
+       }
+       pickMasses(nBodyMass);
+       calcWeight();
+       if (!eventAccepted(maxWeight))
+               return false;
+       pickAngles();
+       calcEventKinematics(nBody);
+       return true;
+}
+
+
+// randomly choses the (n - 2) effective masses of the respective (i + 1)-body systems
+void
+nBodyPhaseSpaceGen::pickMasses(const double nBodyMass)  // total energy of the system in its RF
+{
+       _M[_n - 1] = nBodyMass;
+       // create vector of sorted random values
+       vector<double> r(_n - 2, 0);  // (n - 2) values needed for 2- through (n - 1)-body systems
+       for (unsigned int i = 0; i < (_n - 2); ++i)
+               r[i] = random();
+       sort(r.begin(), r.end());
+       // set effective masses of (intermediate) two-body decays
+       const double massInterval = nBodyMass - _mSum[_n - 1];  // kinematically allowed mass interval
+       for (unsigned int i = 1; i < (_n - 1); ++i)             // loop over intermediate 2- to (n - 1)-bodies
+               _M[i] = _mSum[i] + r[i - 1] * massInterval;           // _mSum[i] is minimum effective mass
+}
+
+
+// computes event weight (= integrand value) and breakup momenta
+// uses vector of intermediate two-body masses prepared by pickMasses()
+double
+nBodyPhaseSpaceGen::calcWeight()
+{
+       for (unsigned int i = 1; i < _n; ++i)  // loop over 2- to n-bodies
+               _breakupMom[i] = breakupMomentum(_M[i], _M[i - 1], _m[i]);
+       double momProd = 1;                    // product of breakup momenta
+       for (unsigned int i = 1; i < _n; ++i)  // loop over 2- to n-bodies
+               momProd *= _breakupMom[i];
+       const double massInterval = _M[_n - 1] - _mSum[_n - 1];  // kinematically allowed mass interval
+       _weight = _norm * pow(massInterval, (int)_n - 2) * momProd / _M[_n - 1];
+       if (_weight > _maxWeightObserved)
+               _maxWeightObserved = _weight;
+       if (std::isnan(_weight))
+               printWarn << "weight = " << _weight << endl;
+       return _weight;
+}
+
+
+// calculates complete event from the effective masses of the (i + 1)-body
+// systems, the Lorentz vector of the decaying system, and the decay angles
+// uses the break-up momenta calculated by calcWeight()
+void
+nBodyPhaseSpaceGen::calcEventKinematics(const lorentzVector& nBody)  // Lorentz vector of n-body system in lab frame
+{
+       // build event starting in n-body RF going down to 2-body RF
+       // is more efficicient than Raubold-Lynch method, since it requitres only one rotation and boost per daughter
+       lorentzVector P = nBody;  // Lorentz of (i + 1)-body system in lab frame
+       for (unsigned int i = _n - 1; i >= 1; --i) {  // loop from n-body down to 2-body
+               // construct Lorentz vector of daughter _m[i] in (i + 1)-body RF
+               const double   sinTheta = sqrt(1 - _cosTheta[i] * _cosTheta[i]);
+               const double   pT       = _breakupMom[i] * sinTheta;
+               lorentzVector& daughter = _daughters[i];
+               daughter.SetPxPyPzE(pT * cos(_phi[i]),
+                                   pT * sin(_phi[i]),
+                                   _breakupMom[i] * _cosTheta[i],
+                                   sqrt(_m[i] * _m[i] + _breakupMom[i] * _breakupMom[i]));
+               // boost daughter into lab frame
+               daughter.Boost(P.BoostVector());
+               // calculate Lorentz vector of i-body system in lab frame
+               P -= daughter;
+       }
+       // set last daughter
+       _daughters[0] = P;
+}
+
+
+// calculates maximum weight for given n-body mass
+double
+nBodyPhaseSpaceGen::estimateMaxWeight(const double       nBodyMass,        // sic!
+                                      const unsigned int nmbOfIterations)  // number of generated events
+{
+       double maxWeight = 0;
+       for (unsigned int i = 0; i < nmbOfIterations; ++i) {
+               pickMasses(nBodyMass);
+               calcWeight();
+               maxWeight = max(_weight, maxWeight);
+       }
+       return maxWeight;
+}
+
+
+ostream&
+nBodyPhaseSpaceGen::print(ostream& out) const
+{
+       out << "nBodyPhaseSpaceGen parameters:" << endl
+           << "    number of daughter particles ............... " << _n                 << endl
+           << "    masses of the daughter particles ........... " << _m                 << endl
+           << "    sums of daughter particle masses ........... " << _mSum              << endl
+           << "    effective masses of (i + 1)-body systems ... " << _M                 << endl
+           << "    cos(polar angle) in (i + 1)-body systems ... " << _cosTheta          << endl
+           << "    azimuth in (i + 1)-body systems ............ " << _phi               << endl
+           << "    breakup momenta in (i + 1)-body systems .... " << _breakupMom        << endl
+           << "    normalization value ........................ " << _norm              << endl
+           << "    weight of generated event .................. " << _weight            << endl
+           << "    maximum weight used in hit-miss MC ......... " << _maxWeight         << endl
+           << "    maximum weight since instantiation ......... " << _maxWeightObserved << endl
+           << "    daughter four-momenta:" << endl;
+       for (unsigned int i = 0; i < _n; ++i)
+               out << "        daughter " << i << ": " << _daughters[i] << endl;
+       return out;
+}