CRT/AliGenCRT.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   *
   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 /*
  17 $Log$
  18
  19 */
  20
  21 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  22 //
  23 //  Contain parametrizations to generate atmospheric muons, and also
  24 //  to generate single muons and muon bundles at surface level.
  25 //
  26 //Begin_Html
  27 /*
  28 <img src="picts/AliGenCRTClass.gif">
  29 </pre>
  30 <br clear=left>
  31 <font size=+2 color=red>
  32 <p>The responsible person for this module is
  33 <a href="mailto:Enrique.Gamez.Flores@cern.ch">Enrique Gamez</a>.
  34 </font>
  35 <pre>
  36 */
  37 //End_Html
  38 //
  39 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  40
  41 #include <iostream.h>
  42
  43 #include "AliRun.h"
  44 #include "AliConst.h"
  45 #include "AliPDG.h"
  46 #include "AliMCProcess.h"
  47
  48 #include "AliGenCRT.h"
  49
  50 ClassImp(AliGenCRT)
  51
  52 //_____________________________________________________________________________
  53 AliGenCRT::AliGenCRT() : AliGenerator(-1)
  54 {
  55   //
  56   // Default ctor.
  57   //
  58   fIpart = 0;
  59
  60   fXwidth=0;
  61   fNx=1;
  62   fZwidth=0;
  63   fNz=1;
  64   fMuonGrid = kFALSE;
  65
  66
  67   // Set the origin above the vertex, on the surface.
  68   fOrigin[0] = 0.;
  69   fOrigin[1] = 0.;
  70   fOrigin[2] = 0.;
  71
  72   fZenithMin = 0.;
  73   fZenithMax = 0.;
  74
  75   fAzimuthMin = 0.;
  76   fAzimuthMax = 0.;
  77
  78   fPResolution = 1.;
  79   fPRange = 0.;
  80
  81   fMomentumDist = 0;
  82   fZenithDist = 0;
  83
  84   fPDist = 0;
  85
  86   fAp = 0;
  87   fUnfoldedMomentumDist = 0;
  88
  89   fCRModeName = 0;
  90 }
  91
  92 //_____________________________________________________________________________
  93 AliGenCRT::AliGenCRT(Int_t npart)
  94   : AliGenerator(npart)
  95 {
  96   //
  97   // Standard ctor.
  98   //
  99   fName = "CRT";
 100   fTitle = "Cosmic Muons generator";
 101
 102   // Generate Muon- by default
 103   fIpart = kMuonMinus;
 104
 105   fXwidth=0;
 106   fNx=1;
 107   fZwidth=0;
 108   fNz=1;
 109   fMuonGrid = kFALSE;
 110
 111   // Set the origin above the vertex, on the surface.
 112   fOrigin[0] = 0.;
 113   fOrigin[1] = AliCRTConstants::fgDepth; // At the surface by default.
 114   fOrigin[2] = 0.;
 115
 116   fZenithMin = 0.; // Generate veritcals by default.
 117   fZenithMax = 0.;
 118
 119   fAzimuthMin = 0.;
 120   fAzimuthMax = 0.;
 121
 122   fPResolution = 1.; // 1 GeV by default.
 123   fPRange = 0.;      // 0 GeV by default.
 124
 125   fMomentumDist = 0;
 126   fZenithDist = 0;
 127
 128   fPDist = 0;
 129
 130   fAp = 0;
 131   fUnfoldedMomentumDist = 0;
 132
 133   fCRModeName = 0;
 134 }
 135
 136 //_____________________________________________________________________________
 137 AliGenCRT::AliGenCRT(const AliGenCRT& gen) : AliGenerator()
 138 {
 139   //
 140   // Copy ctor.
 141   //
 142   gen.Copy(*this);
 143 }
 144
 145 //_____________________________________________________________________________
 146 AliGenCRT& AliGenCRT::operator= (const AliGenCRT& gen)
 147 {
 148   //
 149   // Asingment ctor.
 150   //
 151   gen.Copy(*this);
 152   return *this;
 153 }
 154
 155 //_____________________________________________________________________________
 156 AliGenCRT::~AliGenCRT()
 157 {
 158   //
 159   // Default dtor.
 160   //
 161   if ( fAp )           delete fAp;
 162   if ( fMomentumDist ) delete fMomentumDist;
 163   if ( fUnfoldedMomentumDist ) delete fUnfoldedMomentumDist;
 164   if ( fZenithDist )   delete fZenithDist;
 165   if ( fPDist )        delete fPDist;
 166 }
 167
 168 //_____________________________________________________________________________
 169 void AliGenCRT::Generate()
 170 {
 171   //
 172   // Generate on one trigger
 173   //
 174
 175   Float_t polar[3]= {0,0,0}; // Polarization parameters
 176   //
 177   Float_t origin[3];
 178   Float_t p[3];
 179   Int_t i, j, nt;
 180   Float_t pmom, pt;
 181   Float_t zenith, azimuth;
 182   //
 183   Float_t random[6];
 184
 185
 186   // Check if you need to use a distribution function for the momentum
 187   if ( fMomentumDist ) {
 188     pmom = - this->GetMomentum(); // Always downwards.
 189
 190   } else {
 191     pmom = -fPMin;
 192
 193   }
 194
 195   zenith = this->GetZenithAngle(pmom);  // In degrees
 196
 197   // Take the azimuth random.
 198   Rndm(random, 2);
 199   azimuth = (fAzimuthMin + (fAzimuthMax-fAzimuthMin)*random[0]); // In degrees
 200
 201   origin[0] = AliCRTConstants::fgDepth*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
 202     TMath::Sin(azimuth*kDegrad);
 203   origin[1] = AliCRTConstants::fgDepth;
 204   origin[2] = AliCRTConstants::fgDepth*TMath::Tan(zenith*kDegrad)*
 205     TMath::Cos(azimuth*kDegrad);
 206
 207   if ( fVertexSmear == kPerEvent ) {
 208     Rndm(random,6);
 209     for (j=0;j<3;j++) {
 210       if ( j == 1 ) {
 211         // Don't smear the vertical position.
 212         origin[j] = AliCRTConstants::fgDepth;
 213       } else {
 214         origin[j]+=fOsigma[j]*TMath::Cos(2*random[2*j]*TMath::Pi())*
 215           TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[2*j+1]));
 216       }
 217     }
 218   }
 219
 220
 221   if ( fCRMode == kSingleMuons ) {
 222
 223     //
 224     // Generate kinematics a la AliGenBox
 225     //
 226
 227     for(i=0;i<fNpart;i++) {
 228       Rndm(random,3);
 229
 230       if(TestBit(kMomentumRange)) {
 231         pmom = -( fPMin + random[1]*(fPMax - fPMin) ); // always downwards.
 232         pt=pmom*TMath::Sin(zenith*kDegrad);
 233       } else {
 234
 235         pt= -(fPtMin+random[1]*(fPtMax-fPtMin)); // always downwards.
 236         pmom=pt/TMath::Sin(zenith*kDegrad);
 237       }
 238
 239       p[0] = pt*TMath::Sin(azimuth*kDegrad);
 240       p[1] = pmom*TMath::Cos(zenith*kDegrad);
 241       p[2] = pt*TMath::Cos(azimuth*kDegrad);
 242
 243       if(fVertexSmear==kPerTrack) {
 244         Rndm(random,6);
 245         for (j=0;j<3;j++) {
 246           if ( j == 1 ) {
 247             origin[j] = AliCRTConstants::fgDepth;
 248           } else {
 249             origin[j]=fOrigin[j]+fOsigma[j]*
 250               TMath::Cos(2*random[2*j]*TMath::Pi())*
 251               TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[2*j+1]));
 252           }
 253         }
 254       }
 255
 256     }
 257
 258     // End of generation a la AliGenBox
 259
 260   } else if ( fCRMode == kMuonBundle ) {
 261
 262     //
 263     // Generate kinematics a la AliGenScan
 264     //
 265     Float_t dx,dz;
 266     //
 267     if (fNx > 0) {
 268       dx=fXwidth/fNx;
 269     } else {
 270       dx=1e10;
 271     }
 272
 273     if (fNz > 0) {
 274       dz=fZwidth/fNz;
 275     } else {
 276       dz=1e10;
 277     }
 278
 279     for (Int_t ix=0; ix<fNx; ix++) {
 280       for (Int_t iz=0; iz<fNz; iz++){
 281         Rndm(random,6);
 282         origin[0]+=ix*dx+2*(random[0]-0.5)*fOsigma[0];
 283         origin[2]+=iz*dz+2*(random[1]-0.5)*fOsigma[2];
 284
 285         pmom = -(fPMin + random[3] *(fPMax - fPMax) ); // Always downward.
 286         p[0] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Sin(azimuth*kDegrad)*pmom;
 287         p[1] = TMath::Cos(zenith*kDegrad)*pmom;
 288         p[2] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Cos(azimuth*kDegrad)*pmom;
 289
 290       }
 291     }
 292
 293     // End of generation a la AliGenScan
 294
 295   } else if ( fCRMode == kMuonFlux ) {
 296
 297     // Always generate the things downwards.
 298     p[0] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Sin(azimuth*kDegrad)*pmom;
 299     p[1] = TMath::Cos(zenith*kDegrad)*pmom;
 300     p[2] = TMath::Sin(zenith*kDegrad)*TMath::Cos(azimuth*kDegrad)*pmom;
 301
 302   } else {
 303     Error("Generate", "Generation Mode unknown!\n");
 304   }
 305
 306   // Put the track on the stack.
 307   SetTrack(fTrackIt,-1,fIpart,p,origin,polar,0,kPPrimary,nt);
 308
 309
 310 }
 311
 312 //_____________________________________________________________________________
 313 void AliGenCRT::Init()
 314 {
 315   //
 316   // Initialize some internal methods.
 317   //
 318
 319   // Determine some specific data members.
 320   fPRange = TMath::Abs(fPMax-fPMin);
 321
 322   if ( fCRMode == kSingleMuons ) {
 323     fCRModeName = new TString("Single Muons");
 324     // Initialisation, check consistency of selected ranges
 325     if(TestBit(kPtRange)&&TestBit(kMomentumRange))
 326       Fatal("Init","You should not set the momentum range and the pt range!");
 327
 328     if((!TestBit(kPtRange))&&(!TestBit(kMomentumRange)))
 329       Fatal("Init","You should set either the momentum or the pt range!");
 330
 331   } else if ( fCRMode == kMuonBundle ) {
 332     fCRModeName = new TString("Muon Bundles");
 333
 334   } else if ( fCRMode == kMuonFlux ) {
 335     fCRModeName = new TString("Muon Fluxes");
 336     // Initialize the ditribution functions.
 337     this->InitMomentumGeneration();
 338     this->InitZenithalAngleGeneration();
 339
 340   } else {
 341     Fatal("Generate", "Generation Mode unknown!\n");
 342
 343   }
 344
 345 }
 346
 347 //____________________________________________________________________________
 348 void AliGenCRT::SetGridRange(Int_t nx,Float_t xwidth, Int_t nz, Float_t zwidth)
 349 {
 350   //
 351   // Define the grid
 352   // This data shuold be used for Muon bundles generation.
 353   //
 354   fXwidth=xwidth;
 355   fNx=nx;
 356   fZwidth=zwidth;
 357   fNz=nz;
 358
 359   // Print a message  about the use, if the Mode has not been set, or
 360   // it has to a different Mode.
 361   if ( fCRMode != kMuonBundle ) {
 362     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");
 363     fMuonGrid = kTRUE;
 364   }
 365 }
 366
 367 //____________________________________________________________________________
 368 void AliGenCRT::InitApWeightFactors()
 369 {
 370   //
 371   // This factors will be  to correct the zenithal angle distribution
 372   // acording the momentum
 373
 374   //
 375   // Fill the array for the flux zenith angle dependence.
 376   // at the index 0 of fAp[] will be the "factor" if we have a muon
 377   // of 0 GeV.
 378   Float_t a[6] = {-1.61, -1.50, -1.28, -0.94, -0.61, -0.22};
 379   Float_t p[6] = { 0., 10., 30., 100., 300., 1000.};
 380
 381   // Get the information from the momentum
 382   Int_t pEnd  = TMath::Abs(TMath::Nint(fPMax/fPResolution)) + 1;
 383   // Initialize the Array of floats to hold the a(p) factors.
 384   fAp = new TArrayF(pEnd);
 385
 386   Int_t index = 0;
 387
 388   for (Int_t i = 0; i < pEnd; i++ ) {
 389     Float_t currentP = ((Float_t)i)*fPResolution;
 390     if ( currentP < p[1] )                          index = 0;
 391     else if ( currentP >= p[1] && currentP < p[2] ) index = 1;
 392     else if ( currentP >= p[2] && currentP < p[3] ) index = 2;
 393     else if ( currentP >= p[3] && currentP < p[4] ) index = 3;
 394     else if ( currentP >= p[4] )                    index = 4;
 395
 396     Float_t ap = (currentP -p[index])*(a[index+1] - a[index])/
 397                  (p[index+1] - p[index]) + a[index];
 398     fAp->AddAt(ap, i);
 399   }
 400
 401 }
 402
 403 //___________________________________________________________________________
 404 void AliGenCRT::InitMomentumGeneration()
 405 {
 406   //
 407   // Initialize a funtion to generate the momentum randomly
 408   // acording this function.
 409   //
 410
 411   // Check if we nned to initialize the function
 412   if ( fPMin != fPMax ) {
 413
 414     // Check also if the function have been defined yet.
 415     if ( !fMomentumDist ) {
 416
 417       // If not, use this function
 418       const char* y      = "log10(x)";
 419
 420       const char* h1Coef = "[0]*( %s*%s*%s/2 - (5*%s*%s/2) + 3*%s )";
 421       const char* h2Coef = "[1]*( (-2*%s*%s*%s/3) + (3*%s*%s) - 10*%s/3 + 1 )";
 422       const char* h3Coef = "[2]*( %s*%s*%s/6 - %s*%s/2 + %s/3 )";
 423       const char* s2Coef = "[3]*( %s*%s*%s/3 - 2*%s*%s + 11*%s/3 - 2 )";
 424
 425       const char* h = "%s + %s + %s + %s";
 426       const char* flux = "pow(10., %s)";
 427       const char* normalizedFlux = "0.86*x*x*x*pow(10., %s)";
 428       const char* paramNames[4] = {"H1", "H2", "H3", "S1"};
 429
 430       char buffer1[1024];
 431       char buffer2[1024];
 432       char buffer3[1024];
 433       char buffer4[1024];
 434       char buffer5[1024];
 435       char buffer6[1024];
 436       char buffer7[1024];
 437
 438       sprintf(buffer1, h1Coef, y, y, y, y, y, y);
 439       sprintf(buffer2, h2Coef, y, y, y, y, y, y);
 440       sprintf(buffer3, h3Coef, y, y, y, y, y, y);
 441       sprintf(buffer4, s2Coef, y, y, y, y, y, y);
 442
 443       sprintf(buffer5, h, buffer1, buffer2, buffer3, buffer4);
 444
 445       sprintf(buffer6, flux, buffer5);
 446
 447       fMomentumDist = new TF1("fMomentumDist", buffer6, fPMin, fPMax);
 448       sprintf(buffer7, normalizedFlux, buffer5);
 449       fUnfoldedMomentumDist = new TF1("fUnfoldedMomentumDist", buffer7, fPMin, fPMax);
 450       for (Int_t i = 0; i < 4; i++ ) {
 451         fMomentumDist->SetParName(i, paramNames[i]);
 452         fUnfoldedMomentumDist->SetParName(i, paramNames[i]);
 453       }
 454
 455       fMomentumDist->SetParameter(0, 0.133);
 456       fMomentumDist->SetParameter(1, -2.521);
 457       fMomentumDist->SetParameter(2, -5.78);
 458       fMomentumDist->SetParameter(3, -2.11);
 459
 460       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(0, 0.133);
 461       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(1, -2.521);
 462       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(2, -5.78);
 463       fUnfoldedMomentumDist->SetParameter(3, -2.11);
 464
 465     }
 466
 467   }
 468
 469 }
 470
 471 //____________________________________________________________________________
 472 void AliGenCRT::InitZenithalAngleGeneration()
 473 {
 474   //
 475   // Initalize a distribution function for the zenith angle.
 476   // This angle will be obtained randomly acording this function.
 477   // The generated angles  will been in degrees.
 478
 479   // Check if we need to create the function.
 480   if ( fZenithMin != fZenithMax ) {
 481
 482     // Check also if another function have been defined.
 483     if ( !fZenithDist ) {
 484
 485       // initialize the momentum dependent coefficients, a(p)
 486       InitApWeightFactors();
 487
 488       // Define the standard function.
 489       char* zenithalDisributionFunction = "1 + [0]*(1 - cos(x*3.14159265358979312/180))";
 490
 491       Int_t pEnd  = TMath::Abs(TMath::Nint(fPMax/fPResolution)) + 1;
 492       fPDist = new TClonesArray("TF1", pEnd);
 493       TClonesArray &angle = *fPDist;
 494       for ( Int_t i = 0; i < pEnd; i++ ) {
 495         // Fill the distribution
 496         TF1* zenith = new(angle[i]) TF1("zenith",zenithalDisributionFunction, fZenithMin, fZenithMax);
 497
 498         // Fix the momentum dependent coefficients
 499         zenith->SetParName(0, "a(p)");
 500         zenith->SetParameter(0, fAp->At(i));
 501
 502       }
 503
 504     }
 505
 506   }
 507
 508 }
 509
 510 //____________________________________________________________________________
 511 const Float_t AliGenCRT::GetZenithAngle(Float_t mom)
 512 {
 513
 514   Float_t zenith = 0.;
 515   // Check if you need to generate a constant zenith angle.
 516   if ( !fZenithDist ) {
 517     // Check if you have defined an array of momentum functions
 518     if ( fPDist ) {
 519       Int_t pIndex = TMath::Abs(TMath::Nint(mom));
 520       TF1* zenithAngle = (TF1*)fPDist->UncheckedAt(pIndex);
 521       zenith = zenithAngle->GetRandom();
 522       return zenith;
 523     } else {
 524
 525       if ( fCRMode != kMuonFlux ) {
 526         // If you aren't generating muons obeying any ditribution
 527         // only generate a flat zenith angle, acording the input settings
 528         Float_t random[2];
 529         Rndm(random, 2);
 530         zenith = fZenithMin + (fZenithMax - fZenithMin)*random[0];
 531
 532       } else {
 533         // Even if you are generating muons acording some distribution,
 534         // but you don't want to ...
 535         zenith = fZenithMin;
 536
 537       }
 538
 539     }
 540   } else {
 541     zenith = fZenithDist->GetRandom();
 542   }
 543
 544   return zenith;
 545
 546 }
 547
 548 //____________________________________________________________________________