Using AliITSgeomTGeo
[u/mrichter/AliRoot.git] / ACORDE / AliGenACORDE.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     *
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13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
14  **************************************************************************/
15
16 /* $Id$ */
17
18 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
19 //
20 //  Contain parametrizations to generate atmospheric muons, and also
21 //  to generate single muons and muon bundles at surface level.
22 //
23 //Begin_Html
24 /*
25 <img src="picts/AliGenACORDEClass.gif">
26 </pre>
27 <br clear=left>
28 <font size=+2 color=red>
29 <p>The responsible person for this module is
30 <a href="mailto:Enrique.Gamez.Flores@cern.ch">Enrique Gamez</a>.
31 </font>
32 <pre>
33 */
34 //End_Html
35 //
36 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
37
38 #include "AliGenACORDE.h"
39
40 #include <TMCProcess.h>
41 #include <TPDGCode.h>
42 #include <TClonesArray.h>
43 #include <TF1.h>
44 #include <TH1F.h>
45
46 #include "AliRun.h"
47 #include "AliConst.h"
48
49 ClassImp(AliGenACORDE)
50
51 //_____________________________________________________________________________
52 AliGenACORDE::AliGenACORDE()
53   : AliGenerator(),
54     fIpart(0),
55     fCRMode(kSingleMuons),
56     fCRModeName(0),
57     fXwidth(0),
58     fNx(1),
59     fZwidth(0),
60     fNz(1),
61     fMuonGrid(kFALSE),
62     fZenithMin(0),
63     fZenithMax(0),
64     fAzimuthMin(0),
65     fAzimuthMax(0),
66     fPRange(0),
67     fPResolution(1),
68     fAp(0),
69     fMomentumDist(0),
70     fUnfoldedMomentumDist(0),
71     fZenithDist(0),
72     fPDist(0)
73 {
74   //
75   // Default ctor.
76   //
77 }
78
79 //_____________________________________________________________________________
80 AliGenACORDE::AliGenACORDE(Int_t npart) 
81   : AliGenerator(npart),
82     fIpart(kMuonMinus),
83     fCRMode(kSingleMuons),
84     fCRModeName(0),
85     fXwidth(0),
86     fNx(1),
87     fZwidth(0),
88     fNz(1),
89     fMuonGrid(kFALSE),
90     fZenithMin(0),
91     fZenithMax(0),
92     fAzimuthMin(0),
93     fAzimuthMax(0),
94     fPRange(0),
95     fPResolution(1),
96     fAp(0),
97     fMomentumDist(0),
98     fUnfoldedMomentumDist(0),
99     fZenithDist(0),
100     fPDist(0)
101 {
102   //
103   // Standard ctor.
104   //
105   fName = "ACORDE";
106   fTitle = "Cosmic Muons generator";
107
108   // Set the origin above the vertex, on the surface.
109   fOrigin[0] = 0.;
110   fOrigin[1] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth(); // At the surface by default.
111   fOrigin[2] = 0.;
112 }
113
114 //_____________________________________________________________________________
115 AliGenACORDE::~AliGenACORDE()
116 {
117   //
118   // Default dtor.
119   //
120   if ( fPDist ) {fPDist->Delete(); delete fPDist; fPDist = 0;}
121   if ( fUnfoldedMomentumDist ) delete fUnfoldedMomentumDist;
122   if ( fMomentumDist ) delete fMomentumDist;
123   if ( fAp )           delete fAp;
124   if ( fCRModeName )   delete fCRModeName;
125 }
126
127 //_____________________________________________________________________________
128 void AliGenACORDE::Generate()
129 {
130   //
131   // Generate on one trigger
132   // Call the respective method inside the loop for the number
133   // of tracks per trigger.
134
135   for (Int_t i = 0; i < fNpart; i++ ) {
136
137     if ( fCRMode == kMuonBundle ) {
138       this->GenerateOneMuonBundle();
139
140     } else if ( fCRMode == kSingleMuons ) {
141       this->GenerateOneSingleMuon(kTRUE);
142
143     } else {
144       // Generate only single muons following the parametrizations
145       // for atmospheric muons.
146       this->GenerateOneSingleMuon();
147
148     }
149
150   }
151 }
152
153 //_____________________________________________________________________________
154 void AliGenACORDE::Init()
155 {
156   //
157   // Initialize some internal methods.
158   //
159
160   // Determine some specific data members.
161   fPRange = TMath::Abs(fPMax-fPMin);
162
163   if ( fCRMode == kSingleMuons ) {
164     fCRModeName = new TString("Single Muons");
165     // Initialisation, check consistency of selected ranges
166     if(TestBit(kPtRange)&&TestBit(kMomentumRange)) 
167       Fatal("Init","You should not set the momentum range and the pt range!");
168     
169     if((!TestBit(kPtRange))&&(!TestBit(kMomentumRange))) 
170       Fatal("Init","You should set either the momentum or the pt range!");
171     
172   } else if ( fCRMode == kMuonBundle ) {
173     fCRModeName = new TString("Muon Bundles");
174
175   } else if ( fCRMode == kMuonFlux ) {
176     fCRModeName = new TString("Muon Fluxes");
177     // Initialize the ditribution functions.
178     this->InitMomentumGeneration();
179     this->InitZenithalAngleGeneration();
180     
181   } else {
182     Fatal("Generate", "Generation Mode unknown!\n");
183
184   }
185
186 }
187
188 //____________________________________________________________________________
189 void AliGenACORDE::GenerateOneSingleMuon(Bool_t withFlatMomentum)
190 {
191   //
192   // Generate One Single Muon
193   // This method will generate only one muon.
194   // The momentum will be randomly flat distributed if
195   // the paremeter "withFlatMomentum" is set to kTRUE,
196   // otherwise the momentum will generate acordingly the parametrization
197   // given by 
198   // and adpted from Bruno Alessandro's implementation with the
199   // CERNLIB to AliRoot.
200   // The "withFlatMomentum" parameter also will be used to generate
201   // the muons with a flat Zenithal angle distribution.
202   // Do the smearing here, so that means per track.
203
204   Float_t polar[3]= {0,0,0}; // Polarization parameters
205   Float_t origin[3];
206   Int_t nt;
207   Float_t p[3];
208   Float_t pmom, pt;
209   Float_t random[6];
210
211   // Take the azimuth random.
212   Rndm(random, 2);
213   Float_t azimuth = fAzimuthMin + (fAzimuthMax-fAzimuthMin)*random[0];
214   Float_t zenith = fZenithMin + (fZenithMax - fZenithMin)*random[1];
215
216   if ( withFlatMomentum ) {
217     Rndm(random,3);
218     if(TestBit(kMomentumRange)) {
219       pmom = -( fPMin + random[0]*(fPMax - fPMin) ); // always downwards.
220       pt = pmom*TMath::Sin(zenith*kDegrad);
221     } else {
222       pt = -( fPtMin + random[1]*(fPtMax - fPtMin)); // always downwards.
223       pmom = pt/TMath::Sin(zenith*kDegrad);
224     }
225
226   } else {
227     if ( fMomentumDist ) {
228       pmom = -this->GetMomentum(); // Always downwards.
229     } else {
230       pmom = -fPMin;
231     }
232     zenith = this->GetZenithAngle(pmom);  // In degrees
233     pt = pmom*TMath::Sin(zenith*kDegrad);
234   }
235
236   p[0] = pt*TMath::Sin(azimuth*kDegrad);
237   p[1] = pmom*TMath::Cos(zenith*kDegrad);
238   p[2] = pt*TMath::Cos(azimuth*kDegrad);
239
240   // Finaly the origin, with the smearing
241   Rndm(random,6);
242   origin[0] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth()*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
243     TMath::Sin(azimuth*kDegrad)
244     + fOsigma[0]* TMath::Cos(2*random[0]*TMath::Pi())*TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[1]));
245
246   origin[1] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth();
247
248   origin[2] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth()*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
249     TMath::Cos(azimuth*kDegrad)
250     + fOsigma[2]* TMath::Cos(2*random[2]*TMath::Pi())*TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[3]));
251
252   // Put the track on the stack.
253   PushTrack(fTrackIt,-1,fIpart,p,origin,polar,0,kPPrimary,nt);
254
255 }
256
257 //____________________________________________________________________________
258 void AliGenACORDE::GenerateOneMuonBundle()
259 {
260   //
261   // Generate One Muon Bundle method
262   // This method will generate a bunch of muons following the
263   // procedure of the AliGenScan class.
264   // These muons will be generated with flat momentum.
265
266   Float_t polar[3]= {0,0,0}; // Polarization parameters
267   Float_t origin[3];
268   Float_t p[3];
269   Int_t nt;
270   Float_t pmom;
271   Float_t random[6];
272
273   Rndm(random, 3);
274   Float_t zenith = fZenithMin + (fZenithMax - fZenithMin)*random[1];
275   Float_t azimuth = fAzimuthMin + (fAzimuthMax-fAzimuthMin)*random[2];
276   //Float_t zenith = 10;
277   //Float_t azimuth = 30;
278
279   // Generate the kinematics a la AliGenScan (Andreas Morchs)
280   Float_t dx, dz;
281   if ( fNx > 0 ) {
282     dx = fXwidth/fNx;
283   } else {
284     dx = 1e10;
285     //dx = 100.;
286   }
287
288   if ( fNz > 0 ) {
289     dz = fZwidth/fNz;
290   } else {
291     dz = 1e10;
292     //dz = 100.;
293   }
294
295   origin[0] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth()*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
296               TMath::Sin(azimuth*kDegrad);
297   //origin[0] = 0.;
298   origin[1] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth();
299   //origin[1] = 900;
300   origin[2] = AliACORDEConstants::Instance()->Depth()*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
301               TMath::Cos(azimuth*kDegrad);
302     //origin[2] = 0.;
303
304   for (Int_t ix = 0; ix < fNx; ix++ ) {
305     for (Int_t iz = 0; iz < fNz; iz++ ) {
306       Rndm(random,6);
307       origin[0]+=ix*dx+2*(random[1]-0.5)*fOsigma[0];
308       origin[2]+=iz*dz+2*(random[2]-0.5)*fOsigma[2];
309       if ( random[4] < 0.5 ) {
310         origin[0] = -1*origin[0];
311       }
312       if ( random[5] < 0.5 ) {
313         origin[2] = -1*origin[2];
314       }
315
316       pmom = -(fPMin + random[3] *(fPMax - fPMax) ); // Always downwards
317       p[0] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Sin(azimuth*kDegrad)*pmom;
318       p[1] = TMath::Cos(zenith*kDegrad)*pmom;
319       p[2] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Cos(azimuth*kDegrad)*pmom;
320
321       PushTrack(fTrackIt, -1, fIpart, p, origin, polar, 0, kPPrimary, nt);
322     }
323
324   }
325
326 }
327
328 //____________________________________________________________________________
329 void AliGenACORDE::SetGridRange(Int_t nx,Float_t xwidth, Int_t nz, Float_t zwidth)
330 {
331   //
332   // Define the grid
333   // This data shuold be used for Muon bundles generation.
334   //
335   fXwidth=xwidth;
336   fNx=nx;
337   fZwidth=zwidth;
338   fNz=nz;
339
340   // Print a message  about the use, if the Mode has not been set, or
341   // it has to a different Mode.
342   if ( fCRMode != kMuonBundle ) {
343     Warning("SetRange","You have been specified a grid to generate muon bundles, but seems that you haven't choose this generation mode, or you have already select a different one");
344     fMuonGrid = kTRUE;
345   }
346 }
347
348 //____________________________________________________________________________
349 void AliGenACORDE::InitApWeightFactors()
350 {
351   //
352   // This factors will be  to correct the zenithal angle distribution
353   // acording the momentum
354
355   //
356   // Fill the array for the flux zenith angle dependence.
357   // at the index 0 of fAp[] will be the "factor" if we have a muon
358   // of 0 GeV.
359   Float_t a[6] = {-1.61, -1.50, -1.28, -0.94, -0.61, -0.22};
360   Float_t p[6] = { 0., 10., 30., 100., 300., 1000.};
361
362   // Get the information from the momentum
363   Int_t pEnd  = TMath::Abs(TMath::Nint(fPMax/fPResolution)) + 1;
364   // Initialize the Array of floats to hold the a(p) factors.
365   fAp = new TArrayF(pEnd);
366   
367   Int_t index = 0;
368
369   for (Int_t i = 0; i < pEnd; i++ ) {
370     Float_t currentP = ((Float_t)i)*fPResolution;
371     if ( currentP < p[1] )                          index = 0;
372     else if ( currentP >= p[1] && currentP < p[2] ) index = 1;
373     else if ( currentP >= p[2] && currentP < p[3] ) index = 2;
374     else if ( currentP >= p[3] && currentP < p[4] ) index = 3;
375     else if ( currentP >= p[4] )                    index = 4;
376
377     Float_t ap = (currentP -p[index])*(a[index+1] - a[index])/
378                  (p[index+1] - p[index]) + a[index];
379     fAp->AddAt(ap, i);
380   }
381
382 }
383
384 //___________________________________________________________________________
385 void AliGenACORDE::InitMomentumGeneration()
386 {
387   //
388   // Initialize a funtion to generate the momentum randomly
389   // acording this function.
390   //
391
392   // Check if we nned to initialize the function
393   if ( fPMin != fPMax ) {
394
395     // Check also if the function have been defined yet.
396     if ( !fMomentumDist ) {
397
398       // If not, use this function
399       const char* y      = "log10(x)";
400       
401       const char* h1Coef = "[0]*( %s*%s*%s/2 - (5*%s*%s/2) + 3*%s )";
402       const char* h2Coef = "[1]*( (-2*%s*%s*%s/3) + (3*%s*%s) - 10*%s/3 + 1 )";
403       const char* h3Coef = "[2]*( %s*%s*%s/6 - %s*%s/2 + %s/3 )";
404       const char* s2Coef = "[3]*( %s*%s*%s/3 - 2*%s*%s + 11*%s/3 - 2 )";
405       
406       const char* h = "%s + %s + %s + %s";
407       const char* flux = "pow(10., %s)";
408       const char* normalizedFlux = "0.86*x*x*x*pow(10., %s)";
409       const char* paramNames[4] = {"H1", "H2", "H3", "S1"};
410       
411       char buffer1[1024];
412       char buffer2[1024];
413       char buffer3[1024];
414       char buffer4[1024];
415       char buffer5[1024];
416       char buffer6[1024];
417       char buffer7[1024];
418
419       sprintf(buffer1, h1Coef, y, y, y, y, y, y);
420       sprintf(buffer2, h2Coef, y, y, y, y, y, y);
421       sprintf(buffer3, h3Coef, y, y, y, y, y, y);
422       sprintf(buffer4, s2Coef, y, y, y, y, y, y);
423       
424       sprintf(buffer5, h, buffer1, buffer2, buffer3, buffer4);
425       
426       sprintf(buffer6, flux, buffer5);
427       
428       fMomentumDist = new TF1("fMomentumDist", buffer6, fPMin, fPMax);
429       sprintf(buffer7, normalizedFlux, buffer5);
430       fUnfoldedMomentumDist = new TF1("fUnfoldedMomentumDist", buffer7, fPMin, fPMax);
431       for (Int_t i = 0; i < 4; i++ ) {
432         fMomentumDist->SetParName(i, paramNames[i]);
433         fUnfoldedMomentumDist->SetParName(i, paramNames[i]);
434       }
435       
436       fMomentumDist->SetParameter(0, 0.133);
437       fMomentumDist->SetParameter(1, -2.521);
438       fMomentumDist->SetParameter(2, -5.78);
439       fMomentumDist->SetParameter(3, -2.11);
440
441       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(0, 0.133);
442       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(1, -2.521);
443       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(2, -5.78);
444       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(3, -2.11);
445       
446     }
447
448   }
449
450 }
451
452 //____________________________________________________________________________
453 void AliGenACORDE::InitZenithalAngleGeneration()
454 {
455   //
456   // Initalize a distribution function for the zenith angle.
457   // This angle will be obtained randomly acording this function.
458   // The generated angles  will been in degrees.
459
460   // Check if we need to create the function.
461   if ( fZenithMin != fZenithMax ) {
462
463     // Check also if another function have been defined.
464     if ( !fZenithDist ) {
465       
466       // initialize the momentum dependent coefficients, a(p) 
467       this->InitApWeightFactors();
468
469       Int_t pEnd  = TMath::Abs(TMath::Nint(fPMax/fPResolution)) + 1;
470       char name[26];
471       char title[52];
472       fPDist = new TClonesArray("TH1F", pEnd);
473       TClonesArray &mom = *fPDist;
474       TH1F* zenith = 0;
475       Float_t weight = 0;
476       for ( Int_t i = 0; i < pEnd; i++ ) {
477         // Fill the distribution
478         sprintf(name, "zenith%d", i+1);
479         sprintf(title, "Zenith distribution, p=%f", fPMin+(Float_t)i);
480         zenith = new(mom[i]) TH1F(name, title, TMath::Abs(TMath::Nint(fZenithMax-fZenithMin)), TMath::Cos(fZenithMax*TMath::Pi()/180), TMath::Cos(fZenithMin*TMath::Pi()/180));
481
482         // Make a loop for the angle and fill the histogram for the weight
483         Int_t steps = 1000;
484         Float_t value = 0;
485         for (Int_t j = 0; j < steps; j++ ) {
486           value = TMath::Cos(fZenithMin*TMath::Pi()/180) + (Float_t)j * ( TMath::Cos(fZenithMax*TMath::Pi()/180) - TMath::Cos(fZenithMin*TMath::Pi()/180))/1000;
487           weight = 1 + fAp->At(i)*(1 - value);
488           zenith->Fill(value, weight);
489         }
490
491       }
492
493     } 
494
495   }
496
497 }
498
499 //____________________________________________________________________________
500 Float_t AliGenACORDE::GetZenithAngle(Float_t mom) const
501 {
502
503   Float_t zenith = 0.;
504   // Check if you need to generate a constant zenith angle.
505   if ( !fZenithDist ) {
506     // Check if you have defined an array of momentum functions
507     if ( fPDist ) {
508       Int_t pIndex = TMath::Abs(TMath::Nint(mom));
509       TH1F* cosZenithAngle = (TH1F*)fPDist->UncheckedAt(pIndex);
510       Float_t tmpzenith = TMath::ACos(cosZenithAngle->GetRandom());
511       // Correct the value
512       zenith = kRaddeg*tmpzenith;
513       return zenith;
514     } else {
515
516       if ( fCRMode != kMuonFlux ) {
517         // If you aren't generating muons obeying any ditribution
518         // only generate a flat zenith angle, acording the input settings
519         Float_t random[2];
520         Rndm(random, 2);
521         zenith = fZenithMin + (fZenithMax - fZenithMin)*random[0];
522
523       } else {
524         // Even if you are generating muons acording some distribution,
525         // but you don't want to ...
526         zenith = fZenithMin;
527
528       }
529
530     }
531   } else {
532     zenith = fZenithDist->GetRandom();
533   }
534
535   return zenith;
536 }
537
538 //_____________________________________________________________________________
539 Float_t AliGenACORDE::GetMomentum() const
540 {
541   //
542   //
543   //
544   return fMomentumDist->GetRandom();
545 }