doxy: TPC/stressTest/testSparse converted
[u/mrichter/AliRoot.git] / EVGEN / AliGenDeuteron.cxx
1 /**************************************************************************
2  * Copyright(c) 2009-2010, 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 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
17 // Afterburner to generate (anti)deuterons simulating coalescence of
18 // (anti)nucleons as in A. J. Baltz et al., Phys. lett B 325(1994)7.
19 // If the nucleon generator does not provide a spatial description of 
20 // the source the afterburner can provide one.
21 //
22 // There two options for the source: a thermal picture where all nucleons
23 // are placed randomly and homogeneously in an spherical volume, or
24 // an expansion one where they are projected onto its surface.
25 //
26 // An (anti)deuteron will form if there is a pair of (anti)proton-(anti)neutron
27 // with momentum difference less than ~ 300MeV and relative distance less than
28 // ~ 2.1fm. Only 3/4 of these clusters are accepted due to the deuteron spin.
29 //
30 // When there are more than one pair fulfilling the coalescence conditions,
31 // the selected pair can be the one with the first partner, with
32 // the lowest relative momentum, the lowest relative distance or both.
33 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////
34
35 // Author: Eulogio Serradilla <eulogio.serradilla@ciemat.es>,
36 //         Arturo Menchaca <menchaca@fisica.unam.mx>
37 //
38
39 #include "Riostream.h"
40 #include "TParticle.h"
41 #include "AliStack.h"
42 #include "AliRun.h"
43 #include "TMath.h"
44 #include "TMCProcess.h"
45 #include "TList.h"
46 #include "TVector3.h"
47 #include "AliMC.h"
48 #include "TArrayF.h"
49 #include "AliCollisionGeometry.h"
50 #include "AliGenCocktailEventHeader.h"
51 #include "AliGenCocktailEntry.h"
52 #include "AliGenCocktailAfterBurner.h"
53 #include "AliGenDeuteron.h"
54 #include "AliLog.h"
55
56 ClassImp(AliGenDeuteron)
57
58 AliGenDeuteron::AliGenDeuteron(Int_t sign, Double_t pmax, Double_t rmax, Int_t cluster)
59  :fSign(1)
60  ,fPmax(pmax)
61  ,fRmax(rmax)
62  ,fSpinProb(1)
63  ,fClusterType(cluster)
64  ,fModel(0)
65  ,fTimeLength(2.5)
66  ,fB(0)
67  ,fR(0)
68  ,fPsiR(0)
69  ,fCurStack(0)
70 {
71 //
72 // constructor
73 //
74         fSign = sign > 0 ? 1:-1;
75         
76 }
77
78 AliGenDeuteron::~AliGenDeuteron()
79 {
80 //
81 // Default destructor
82 //
83 }
84
85 void AliGenDeuteron::Init()
86 {
87 //
88 // Standard AliGenerator initializer
89 //
90 }
91
92 void AliGenDeuteron::Generate()
93 {
94 //
95 // Look for coalescence of (anti)nucleons in the nucleon source
96 // provided by the generator cocktail
97 //
98         AliInfo(Form("sign: %d, Pmax: %g GeV/c, Rmax: %g fm, cluster: %d",fSign, fPmax, fRmax, fClusterType));
99         if(fModel!=kNone) AliInfo(Form("model: %d, time: %g fm/c", fModel, fTimeLength));
100         
101         AliGenCocktailAfterBurner* gener = (AliGenCocktailAfterBurner*)gAlice->GetMCApp()->Generator();
102         
103         // find nuclear radius, only for first generator and projectile=target
104         Bool_t collisionGeometry=0;
105         if(fModel != kNone && gener->FirstGenerator()->Generator()->ProvidesCollisionGeometry())
106         {
107                 TString name;
108                 Int_t ap, zp, at, zt;
109                 gener->FirstGenerator()->Generator()->GetProjectile(name,ap,zp);
110                 gener->FirstGenerator()->Generator()->GetTarget(name,at,zt);
111                 if(ap != at) AliWarning("projectile and target have different size");
112                 fR = 1.29*TMath::Power(at, 1./3.);
113                 collisionGeometry = 1;
114         }
115         
116         for(Int_t ns = 0; ns < gener->GetNumberOfEvents(); ++ns)
117         {
118                 gener->SetActiveEventNumber(ns);
119                 
120                 if(fModel != kNone && collisionGeometry)
121                 {
122                         fPsiR = (gener->GetCollisionGeometry(ns))->ReactionPlaneAngle();
123                         fB = (gener->GetCollisionGeometry(ns))->ImpactParameter();
124                         
125                         if(fB >= 2.*fR) continue; // no collision
126                 }
127                 
128                 fCurStack = gener->GetStack(ns);
129                 if(!fCurStack)
130                 {
131                         AliWarning("no event stack");
132                         return;
133                 }
134                 
135                 TList* protons = new TList();
136                 protons->SetOwner(kFALSE);
137                 TList* neutrons = new TList();
138                 neutrons->SetOwner(kFALSE);
139                 
140                 // particles produced by the generator
141                 for (Int_t i=0; i < fCurStack->GetNprimary(); ++i)
142                 {
143                         TParticle* iParticle = fCurStack->Particle(i);
144                         
145                         if(iParticle->GetStatusCode() != 1) continue;
146                         
147                         Int_t pdgCode = iParticle->GetPdgCode();
148                         if(pdgCode == fSign*2212)// (anti)proton
149                         {
150                                 FixProductionVertex(iParticle);
151                                 protons->Add(iParticle);
152                         }
153                         else if(pdgCode == fSign*2112) // (anti)neutron
154                         {
155                                 FixProductionVertex(iParticle);
156                                 neutrons->Add(iParticle);
157                         }
158                 }
159                 
160                 // look for clusters
161                 if(fClusterType==kFirstPartner)
162                 {
163                         FirstPartner(protons, neutrons);
164                 }
165                 else
166                 {
167                         WeightMatrix(protons, neutrons);
168                 }
169                 
170                 protons->Clear("nodelete");
171                 neutrons->Clear("nodelete");
172                 
173                 delete protons;
174                 delete neutrons;
175         }
176         
177         AliInfo("DONE");
178 }
179
180 Double_t AliGenDeuteron::GetCoalescenceProbability(const TParticle* nucleon1, const TParticle* nucleon2) const
181 {
182 //
183 // Coalescence conditions as in
184 // A. J. Baltz et al., Phys. lett B 325(1994)7
185 //
186 // returns < 0 if coalescence is not possible
187 // otherwise returns a coalescence probability
188 //
189         const Double_t kProtonMass  = 0.938272013;
190         const Double_t kNeutronMass = 0.939565378;
191         
192         TVector3 v1(nucleon1->Vx(), nucleon1->Vy(), nucleon1->Vz());
193         TVector3 p1(nucleon1->Px(), nucleon1->Py(), nucleon1->Pz());
194         
195         TVector3 v2(nucleon2->Vx(), nucleon2->Vy(), nucleon2->Vz());
196         TVector3 p2(nucleon2->Px(), nucleon2->Py(), nucleon2->Pz());
197         
198         Double_t deltaP = this->GetPcm(p1, kProtonMass, p2, kNeutronMass); // relative momentum in CM frame
199         if( deltaP >= fPmax) return -1.;
200         
201         Double_t deltaR = (v2-v1).Mag();       // relative distance (cm)
202         if(deltaR >= fRmax*1.e-13) return -1.;
203         
204         if(Rndm() > fSpinProb)    return -1.;  // spin
205         
206         if(fClusterType == kLowestMomentum) return 1. - deltaP/fPmax;
207         if(fClusterType == kLowestDistance) return 1. - 1.e+13*deltaR/fRmax;
208         
209         return 1. - 1.e+13*(deltaP*deltaR)/(fRmax*fPmax);
210 }
211
212 void AliGenDeuteron::FirstPartner(const TList* protons, TList* neutrons)
213 {
214 //
215 // Clusters are made with the first nucleon pair that fulfill
216 // the coalescence conditions, starting with the protons
217 //
218         TIter p_next(protons);
219         while(TParticle* n0 = (TParticle*) p_next())
220         {
221                 TParticle* partner = 0;
222                 TIter n_next(neutrons);
223                 while(TParticle* n1 = (TParticle*) n_next() )
224                 {
225                         if(GetCoalescenceProbability(n0, n1) < 0 ) continue; // with next neutron
226                         partner = n1;
227                         break;
228                 }
229                 
230                 if(partner == 0) continue; // with next proton
231                 
232                 PushDeuteron(n0, partner);
233                 
234                 // Remove from the list for the next iteration
235                 neutrons->Remove(partner);
236         }
237 }
238
239 void AliGenDeuteron::WeightMatrix(const TList* protons, const TList* neutrons)
240 {
241 //
242 // Build all possible nucleon pairs with their own probability
243 // and select only those with the highest coalescence probability
244 //
245         Int_t nMaxPairs = protons->GetSize()*neutrons->GetSize();
246         
247         TParticle** cProton = new TParticle*[nMaxPairs];
248         TParticle** cNeutron = new TParticle*[nMaxPairs];
249         Double_t*  cWeight = new Double_t[nMaxPairs];
250         
251         // build all pairs with probability > 0
252         Int_t cIdx = -1;
253         TIter p_next(protons);
254         while(TParticle* n1 = (TParticle*) p_next())
255         {
256                 TIter n_next(neutrons);
257                 while(TParticle* n2 = (TParticle*) n_next() )
258                 {
259                         Double_t weight = this->GetCoalescenceProbability(n1,n2);
260                         if(weight < 0) continue;
261                         ++cIdx;
262                         cProton[cIdx]  = n1;
263                         cNeutron[cIdx] = n2;
264                         cWeight[cIdx]  = weight;
265                 }
266                 n_next.Reset();
267         }
268         p_next.Reset();
269         
270         Int_t nPairs = cIdx + 1;
271         
272         // find the interacting pairs:
273         // remove repeated pairs and select only
274         // the pair with the highest coalescence probability
275         
276         Int_t nMaxIntPair = TMath::Min(protons->GetSize(), neutrons->GetSize());
277         
278         TParticle** iProton = new TParticle*[nMaxIntPair];
279         TParticle** iNeutron = new TParticle*[nMaxIntPair];
280         Double_t* iWeight = new Double_t[nMaxIntPair];
281         
282         Int_t iIdx = -1;
283         while(kTRUE)
284         {
285                 Int_t j = -1;
286                 Double_t wMax = 0;
287                 for(Int_t i=0; i < nPairs; ++i)
288                 {
289                         if(cWeight[i] > wMax)
290                         {
291                                 wMax=cWeight[i];
292                                 j = i;
293                         }
294                 }
295                 
296                 if(j == -1 ) break; // end
297                 
298                 // Save the interacting pair
299                 ++iIdx;
300                 iProton[iIdx]  = cProton[j];
301                 iNeutron[iIdx] = cNeutron[j];
302                 iWeight[iIdx]  = cWeight[j];
303                 
304                 // invalidate all combinations with these pairs for the next iteration
305                 for(Int_t i=0; i < nPairs; ++i)
306                 {
307                         if(cProton[i] == iProton[iIdx]) cWeight[i] = -1.;
308                         if(cNeutron[i] == iNeutron[iIdx]) cWeight[i] = -1.;
309                 }
310         }
311         
312         Int_t nIntPairs = iIdx + 1;
313         
314         delete[] cProton;
315         delete[] cNeutron;
316         delete[] cWeight;
317         
318         // Add the (anti)deuterons to the current event stack
319         for(Int_t i=0; i<nIntPairs; ++i)
320         {
321                 TParticle* n1 = iProton[i];
322                 TParticle* n2 = iNeutron[i];
323                 PushDeuteron(n1,n2);
324         }
325         
326         delete[] iProton;
327         delete[] iNeutron;
328         delete[] iWeight;
329 }
330
331 void AliGenDeuteron::PushDeuteron(TParticle* parent1, TParticle* parent2)
332 {
333 //
334 // Create an (anti)deuteron from parent1 and parent2,
335 // add to the current stack and set kDoneBit for the parents
336 //
337         const Double_t kDeuteronMass = 1.87561282;
338         const Int_t kDeuteronPdg = 1000010020;
339         
340         // momentum
341         TVector3 p1(parent1->Px(), parent1->Py(), parent1->Pz());
342         TVector3 p2(parent2->Px(), parent2->Py(), parent2->Pz());
343         TVector3 pN = p1+p2;
344         
345         // production vertex same as the parent1's
346         TVector3 vN(parent1->Vx(), parent1->Vy(), parent1->Vz());
347         
348         // E^2 = p^2 + m^2
349         Double_t energy = TMath::Sqrt(pN.Mag2() + kDeuteronMass*kDeuteronMass);
350         
351         Int_t ntrk = 0;
352         Double_t weight = 1;
353         Int_t is = 1; // final state particle
354         
355         // Add a new (anti)deuteron to current event stack
356         fCurStack->PushTrack(1, -1, fSign*kDeuteronPdg,
357                          pN.X(), pN.Y(), pN.Z(), energy,
358                          vN.X(), vN.Y(), vN.Z(), parent1->T(),
359                          0., 0., 0., kPNCapture, ntrk, weight, is);
360         
361         // change the status code of the parents
362         parent1->SetStatusCode(kCluster);
363         parent2->SetStatusCode(kCluster);
364         
365         // Set kDoneBit for the parents
366         parent1->SetBit(kDoneBit);
367         parent2->SetBit(kDoneBit);
368 }
369
370 void AliGenDeuteron::FixProductionVertex(TParticle* i)
371 {
372 //
373 // Replace current generator nucleon spatial distribution
374 // with a custom distribution according to the selected model
375 //
376         if(fModel == kNone || fModel > kExpansion) return;
377         
378         // semi-axis from collision geometry (fm)
379         Double_t a = fTimeLength + TMath::Sqrt(fR*fR - fB*fB/4.);
380         Double_t b = fTimeLength + fR - fB/2.;
381         Double_t c = fTimeLength;
382         
383         Double_t xx = 0;
384         Double_t yy = 0;
385         Double_t zz = 0;
386         
387         if(fModel == kThermal)
388         {
389                 // uniformly ditributed in the volume on an ellipsoid
390                 // random (r,theta,phi) unit sphere
391                 Double_t r = TMath::Power(Rndm(),1./3.);
392                 Double_t theta = TMath::ACos(2.*Rndm()-1.);
393                 Double_t phi = 2.*TMath::Pi()*Rndm();
394                 
395                 // transform coordenates
396                 xx = a*r*TMath::Sin(theta)*TMath::Cos(phi);
397                 yy = b*r*TMath::Sin(theta)*TMath::Sin(phi);
398                 zz = c*r*TMath::Cos(theta);
399         }
400         else if(fModel == kExpansion)
401         {
402                 // project into the surface of an ellipsoid
403                 xx = a*TMath::Sin(i->Theta())*TMath::Cos(i->Phi());
404                 yy = b*TMath::Sin(i->Theta())*TMath::Sin(i->Phi());
405                 zz = c*TMath::Cos(i->Theta());
406         }
407         
408         // rotate by the reaction plane angle
409         Double_t x = xx*TMath::Cos(fPsiR)+yy*TMath::Sin(fPsiR);
410         Double_t y = -xx*TMath::Sin(fPsiR)+yy*TMath::Cos(fPsiR);
411         Double_t z = zz;
412         
413         // translate by the production vertex (cm)
414         i->SetProductionVertex(i->Vx() + 1.e-13*x, i->Vy() + 1.e-13*y, i->Vz() + 1.e-13*z, i->T());
415 }
416
417 Double_t AliGenDeuteron::GetS(Double_t p1x, Double_t p1y, Double_t p1z, Double_t m1, Double_t p2x, Double_t p2y, Double_t p2z, Double_t m2) const
418 {
419 //
420 // square of the center of mass energy
421 //
422         Double_t E1 = TMath::Sqrt( p1x*p1x + p1y*p1y + p1z*p1z + m1*m1);
423         Double_t E2 = TMath::Sqrt( p2x*p2x + p2y*p2y + p2z*p2z + m2*m2);
424         
425         return (E1+E2)*(E1+E2) - ((p1x+p2x)*(p1x+p2x) + (p1y+p2y)*(p1y+p2y) + (p1z+p2z)*(p1z+p2z));
426 }
427
428 Double_t AliGenDeuteron::GetPcm(Double_t p1x, Double_t p1y, Double_t p1z, Double_t m1, Double_t p2x, Double_t p2y, Double_t p2z, Double_t m2) const
429 {
430 //
431 // momentum in the CM frame
432 //
433         Double_t s = this->GetS(p1x, p1y, p1z, m1, p2x, p2y, p2z, m2);
434         
435         return TMath::Sqrt( (s-(m1-m2)*(m1-m2))*(s-(m1+m2)*(m1+m2)) )/(2.*TMath::Sqrt(s));
436 }
437
438 Double_t AliGenDeuteron::GetPcm(const TVector3& p1, Double_t m1, const TVector3& p2, Double_t m2) const
439 {
440 //
441 // momentum in the CM frame
442 //
443         return this->GetPcm(p1.Px(),p1.Py(),p1.Pz(),m1,p2.Px(),p2.Py(),p2.Pz(),m2);
444 }
445