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[u/mrichter/AliRoot.git] / EVGEN / AliGenMC.cxx
1 /**************************************************************************
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4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
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13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
14  **************************************************************************/
15
16 /* $Id$ */
17
18 // Base class for generators using external MC generators.
19 // For example AliGenPythia using Pythia.
20 // Provides basic functionality: setting of kinematic cuts on 
21 // decay products and particle selection.
22 // andreas.morsch@cern.ch
23
24 #include <TClonesArray.h>
25 #include <TMath.h>
26 #include <TPDGCode.h>
27 #include <TParticle.h>
28 #include <TLorentzVector.h>
29 #include <TVector3.h>
30
31 #include "AliGenMC.h"
32 #include "AliGenEventHeader.h"
33 #include "AliRun.h"
34 #include "AliGeometry.h"
35 #include "AliDecayer.h"
36
37 ClassImp(AliGenMC)
38
39 AliGenMC::AliGenMC()
40     :AliGenerator(),
41      fParticles("TParticle", 1000),
42      fParentSelect(8),
43      fChildSelect(8),
44      fCutOnChild(0),
45      fChildPtMin(0.),
46      fChildPtMax(1.e10),
47      fChildPMin(0.),
48      fChildPMax(1.e10),
49      fChildPhiMin(0.),
50      fChildPhiMax(2. * TMath::Pi()),
51      fChildThetaMin(0.),
52      fChildThetaMax(TMath::Pi()),
53      fChildYMin(-12.),
54      fChildYMax(12.),
55      fXingAngleX(0.),
56      fXingAngleY(0.),
57      fForceDecay(kAll),
58      fMaxLifeTime(1.e-15),
59      fDyBoost(0.),
60      fGeometryAcceptance(0),
61      fPdgCodeParticleforAcceptanceCut(0),
62      fNumberOfAcceptedParticles(0),
63      fNprimaries(0)
64 {
65 // Default Constructor
66   fAProjectile = 1;
67   fZProjectile = 1;
68   fATarget = 1;
69   fZTarget = 1;
70   fProjectile = "P";
71   fTarget = "P";
72 }
73
74 AliGenMC::AliGenMC(Int_t npart)
75     :AliGenerator(npart),
76      fParticles("TParticle", 1000),
77      fParentSelect(8),
78      fChildSelect(8),
79      fCutOnChild(0),
80      fChildPtMin(0.),
81      fChildPtMax(1.e10),
82      fChildPMin(0.),
83      fChildPMax(1.e10),
84      fChildPhiMin(0.),
85      fChildPhiMax(2. * TMath::Pi()),
86      fChildThetaMin(0.),
87      fChildThetaMax(TMath::Pi()),
88      fChildYMin(-12.),
89      fChildYMax(12.),
90      fXingAngleX(0.),
91      fXingAngleY(0.),
92      fForceDecay(kAll),
93      fMaxLifeTime(1.e-15),
94      fDyBoost(0.),
95      fGeometryAcceptance(0),
96      fPdgCodeParticleforAcceptanceCut(0),
97      fNumberOfAcceptedParticles(0),
98      fNprimaries(0)
99 {
100 //  Constructor
101 // 
102   fAProjectile = 1;
103   fZProjectile = 1;
104   fATarget = 1;
105   fZTarget = 1;
106   fProjectile = "P";
107   fTarget = "P";
108   for (Int_t i=0; i<8; i++) fParentSelect[i]=fChildSelect[i]=0;
109 }
110
111 AliGenMC::~AliGenMC()
112 {
113 // Destructor
114 }
115
116 void AliGenMC::Init()
117 {
118 //
119 //  Initialization
120     switch (fForceDecay) {
121     case kBSemiElectronic:
122     case kSemiElectronic:
123     case kDiElectron:
124     case kBJpsiDiElectron:
125     case kBPsiPrimeDiElectron:
126     case kElectronEM:
127     case kDiElectronEM:
128         fChildSelect[0] = kElectron;    
129         break;
130     case kHardMuons:    
131     case kBSemiMuonic:
132     case kDSemiMuonic:
133     case kSemiMuonic:
134     case kDiMuon:
135     case kJpsiDiMuon:
136     case kBJpsiDiMuon:
137     case kBPsiPrimeDiMuon:
138     case kPiToMu:
139     case kKaToMu:
140     case kWToMuon:
141     case kWToCharmToMuon:
142     case kZDiMuon:
143     case kZDiElectron:
144         fChildSelect[0]=kMuonMinus;
145         break;
146     case kWToCharm:
147         break;
148     case kHadronicD:
149     case kHadronicDWithout4Bodies:
150     case kHadronicDWithV0:
151     case kHadronicDWithout4BodiesWithV0:
152         fChildSelect[0]=kPiPlus;
153         fChildSelect[1]=kKPlus;
154         break;
155     case kPhiKK:
156         fChildSelect[0]=kKPlus;
157         break;
158     case kBJpsi:
159     case kBJpsiUndecayed:
160         fChildSelect[0]= 443;
161         break;
162    case kChiToJpsiGammaToMuonMuon:
163         fChildSelect[0]= 22;
164         fChildSelect[1]= 13;
165         break;
166     case kChiToJpsiGammaToElectronElectron:
167         fChildSelect[0]= 22;
168         fChildSelect[1]= 11;
169         break;
170     case kLambda:       
171         fChildSelect[0]= kProton;
172         fChildSelect[1]= 211;
173         break;
174     case kPsiPrimeJpsiDiElectron:
175         fChildSelect[0]= 211;
176         fChildSelect[1]= 11;
177         break;
178     case kGammaEM:
179         fChildSelect[0] = kGamma;       
180         break;
181     case kOmega:
182     case kAll:
183     case kAllMuonic:
184     case kNoDecay:
185     case kNoDecayHeavy:
186     case kNoDecayBeauty:
187     case kNeutralPion:
188     case kBeautyUpgrade:
189         break;
190     }
191
192     if (fZTarget != 0 && fAProjectile != 0) 
193     {
194         fDyBoost    = - 0.5 * TMath::Log(Double_t(fZProjectile) * Double_t(fATarget) / 
195                                          (Double_t(fZTarget)    * Double_t(fAProjectile)));
196     }
197 }
198
199
200 Bool_t AliGenMC::ParentSelected(Int_t ip) const
201 {
202 // True if particle is in list of parent particles to be selected
203     for (Int_t i=0; i<8; i++)
204     {
205         if (fParentSelect.At(i) == ip) return kTRUE;
206     }
207     return kFALSE;
208 }
209
210 Bool_t AliGenMC::ChildSelected(Int_t ip) const
211 {
212 // True if particle is in list of decay products to be selected
213     for (Int_t i=0; i<5; i++)
214     {
215         if (fChildSelect.At(i) == ip) return kTRUE;
216     }
217     return kFALSE;
218 }
219
220 Bool_t AliGenMC::KinematicSelection(const TParticle *particle, Int_t flag) const
221 {
222 // Perform kinematic selection
223     Double_t pz    = particle->Pz();
224     Double_t pt    = particle->Pt();
225     Double_t p     = particle->P();
226     Double_t theta = particle->Theta();
227     Double_t mass  = particle->GetCalcMass();
228     Double_t mt2   = pt * pt + mass * mass;
229     Double_t phi   = particle->Phi();
230     Double_t e     = particle->Energy();
231     
232     if (e == 0.)     
233         e = TMath::Sqrt(p * p + mass * mass);
234
235     
236     Double_t y, y0;
237
238     if (TMath::Abs(pz) <  e) {
239         y = 0.5*TMath::Log((e+pz)/(e-pz));
240     } else {
241         y = 1.e10;
242     }
243     
244     if (mt2) {
245         y0 = 0.5*TMath::Log((e+TMath::Abs(pz))*(e+TMath::Abs(pz))/mt2);
246     } else {
247         if (TMath::Abs(y) < 1.e10) {
248             y0 = y;
249         } else {
250             y0 = 1.e10;
251         }
252     }
253       
254     y = (pz < 0) ? -y0 : y0;
255     
256     if (flag == 0) {
257 //
258 // Primary particle cuts
259 //
260 //  transverse momentum cut    
261         if (pt > fPtMax || pt < fPtMin) {
262 //          printf("\n failed pt cut %f %f %f \n",pt,fPtMin,fPtMax);
263             return kFALSE;
264         }
265 //
266 // momentum cut
267         if (p > fPMax || p < fPMin) {
268 //          printf("\n failed p cut %f %f %f \n",p,fPMin,fPMax);
269             return kFALSE;
270         }
271 //
272 // theta cut
273         if (theta > fThetaMax || theta < fThetaMin) {
274 //          printf("\n failed theta cut %f %f %f \n",theta,fThetaMin,fThetaMax);
275             return kFALSE;
276         }
277 //
278 // rapidity cut
279         if (y > fYMax || y < fYMin) {
280 //          printf("\n failed y cut %f %f %f \n",y,fYMin,fYMax);
281             return kFALSE;
282         }
283 //
284 // phi cut
285         if (phi > fPhiMax || phi < fPhiMin) {
286 //          printf("\n failed phi cut %f %f %f \n",phi,fPhiMin,fPhiMax);
287             return kFALSE;
288         }
289     } else {
290 //
291 // Decay product cuts
292 //
293 //  transverse momentum cut    
294         if (pt > fChildPtMax || pt < fChildPtMin) {
295 //          printf("\n failed pt cut %f %f %f \n",pt,fChildPtMin,fChildPtMax);
296             return kFALSE;
297         }
298 //
299 // momentum cut
300         if (p > fChildPMax || p < fChildPMin) {
301 //          printf("\n failed p cut %f %f %f \n",p,fChildPMin,fChildPMax);
302             return kFALSE;
303         }
304 //
305 // theta cut
306         if (theta > fChildThetaMax || theta < fChildThetaMin) {
307 //          printf("\n failed theta cut %f %f %f \n",theta,fChildThetaMin,fChildThetaMax);
308             return kFALSE;
309         }
310 //
311 // rapidity cut
312         if (y > fChildYMax || y < fChildYMin) {
313 //          printf("\n failed y cut %f %f %f \n",y,fChildYMin,fChildYMax);
314             return kFALSE;
315         }
316 //
317 // phi cut
318         if (phi > fChildPhiMax || phi < fChildPhiMin) {
319 //          printf("\n failed phi cut %f %f %f \n",phi,fChildPhiMin,fChildPhiMax);
320             return kFALSE;
321         }
322     }
323     
324     return kTRUE;
325 }
326
327 Bool_t AliGenMC::CheckAcceptanceGeometry(Int_t np, TClonesArray* particles)
328 {
329 // Check the geometrical acceptance for particle.
330
331   Bool_t check ;  
332   Int_t numberOfPdgCodeParticleforAcceptanceCut = 0;
333   Int_t numberOfAcceptedPdgCodeParticleforAcceptanceCut = 0;
334   TParticle * particle;
335   Int_t i;
336   for (i = 0; i < np; i++) {
337     particle =  (TParticle *) particles->At(i);
338     if( TMath::Abs( particle->GetPdgCode() ) == TMath::Abs( fPdgCodeParticleforAcceptanceCut ) ) {
339       numberOfPdgCodeParticleforAcceptanceCut++;
340       if (fGeometryAcceptance->Impact(particle)) numberOfAcceptedPdgCodeParticleforAcceptanceCut++;
341     }   
342   }
343   if ( numberOfAcceptedPdgCodeParticleforAcceptanceCut > (fNumberOfAcceptedParticles-1) )
344     check = kTRUE;
345   else
346     check = kFALSE;
347
348   return check;
349 }
350
351 Int_t AliGenMC::CheckPDGCode(Int_t pdgcode) const
352 {
353 //
354 //  If the particle is in a diffractive state, then take action accordingly
355   switch (pdgcode) {
356   case 91:
357     return 92;
358   case 110:
359     //rho_diff0 -- difficult to translate, return rho0
360     return 113;
361   case 210:
362     //pi_diffr+ -- change to pi+
363     return 211;
364   case 220:
365     //omega_di0 -- change to omega0
366     return 223;
367   case 330:
368     //phi_diff0 -- return phi0
369     return 333;
370   case 440:
371     //J/psi_di0 -- return J/psi
372     return 443;
373   case 2110:
374     //n_diffr -- return neutron
375     return 2112;
376   case 2210:
377     //p_diffr+ -- return proton
378     return 2212;
379   }
380   //non diffractive state -- return code unchanged
381   return pdgcode;
382 }
383
384 void AliGenMC::Boost()
385 {
386 //
387 // Boost cms into LHC lab frame
388 //
389
390     Double_t beta  = TMath::TanH(fDyBoost);
391     Double_t gamma = 1./TMath::Sqrt((1.-beta)*(1.+beta));
392     Double_t gb    = gamma * beta;
393
394     //    printf("\n Boosting particles to lab frame %f %f %f", fDyBoost, beta, gamma);
395     
396     Int_t i;
397     Int_t np = fParticles.GetEntriesFast();
398     for (i = 0; i < np; i++) 
399     {
400         TParticle* iparticle = (TParticle*) fParticles.At(i);
401
402         Double_t e   = iparticle->Energy();
403         Double_t px  = iparticle->Px();
404         Double_t py  = iparticle->Py();
405         Double_t pz  = iparticle->Pz();
406
407         Double_t eb  = gamma * e -      gb * pz;
408         Double_t pzb =   -gb * e +   gamma * pz;
409
410         iparticle->SetMomentum(px, py, pzb, eb);
411     }
412 }
413
414 void AliGenMC::BeamCrossAngle()
415 {
416   // Applies a boost in the y-direction in order to take into account the 
417   // beam crossing angle
418
419   Double_t thetaPr0, pyPr2, pzPr2;
420   TVector3 beta;
421   
422   thetaPr0 = fXingAngleY / 2.;
423
424   // Momentum of the CMS system
425   pyPr2 = TMath::Sqrt(fEnergyCMS * fEnergyCMS/ 4 - 0.938 * 0.938) * TMath::Sin(thetaPr0); 
426   pzPr2 = TMath::Sqrt(fEnergyCMS * fEnergyCMS/ 4 - 0.938 * 0.938) * TMath::Cos(thetaPr0);
427
428   TLorentzVector proj1Vect, proj2Vect, projVect;
429   proj1Vect.SetPxPyPzE(0., pyPr2, pzPr2, fEnergyCMS/2);
430   proj2Vect.SetPxPyPzE(0., pyPr2,-pzPr2, fEnergyCMS/2);
431   projVect = proj1Vect + proj2Vect;
432   beta=(1. / projVect.E()) * (projVect.Vect());
433
434   Int_t i;
435   Int_t np = fParticles.GetEntriesFast();
436   for (i = 0; i < np; i++) 
437     {
438       TParticle* iparticle = (TParticle*) fParticles.At(i);
439
440       Double_t e   = iparticle->Energy();
441       Double_t px  = iparticle->Px();
442       Double_t py  = iparticle->Py();
443       Double_t pz  = iparticle->Pz();
444       
445       TLorentzVector partIn;
446       partIn.SetPxPyPzE(px,py,pz,e);
447       partIn.Boost(beta);
448       iparticle->SetMomentum(partIn.Px(),partIn.Py(),partIn.Pz(),partIn.E());
449     }
450 }
451
452
453 void AliGenMC::AddHeader(AliGenEventHeader* header)
454 {
455     // Passes header either to the container or to gAlice
456     if (fContainer) {
457         header->SetName(fName);
458         fContainer->AddHeader(header);
459     } else {
460         gAlice->SetGenEventHeader(header);      
461     }
462 }