EVGEN/AliGenPromptPhotons.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     *
  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 // author: Sergey Kiselev, ITEP, Moscow
  18 // e-mail: Sergey.Kiselev@cern.ch
  19 // tel.: 007 495 129 95 45
  20 //-------------------------------------------------------------------------
  21 // Generator of prompt photons for the reaction A+B, sqrt(S)
  22 //
  23 // main assumptions:
  24 // 1. flat rapidity distribution
  25 // 2. all existing p+p(pbar) data at y_{c.m.} can be described by the function
  26 //           F(x_T) = (sqrt(s))^5 Ed^3sigma/d^3p, x_T = 2p_t/sqrt(s)
  27 //           all data points cover the region x_T: 0.01 - 0.6
  28 //    see Nucl.Phys.A783:577-582,2007, hep-ex/0609037
  29 // 3. binary scaling: for A+B at the impact parameter b
  30 //    Ed^3N^{AB}(b)/d^3p = Ed^3sigma^{pp}/d^3p A B T_{AB}(b),
  31 //    T_{AB}(b) - nuclear overlapping fuction, calculated in the Glauber approach,
  32 //                nuclear density is parametrized by a Woods-Saxon with nuclear radius
  33 //                R_A = 1.19 A^{1/3} - 1.61 A^{-1/3} fm and surface thickness a=0.54 fm
  34 // 4. nuclear effects (Cronin, shadowing, ...) are ignored
  35 //
  36 // input parameters:
  37 //       fAProjectile, fATarget - number of nucleons in a nucleus A and B
  38 //       fMinImpactParam - minimal impct parameter, fm
  39 //       fMaxImpactParam - maximal impct parameter, fm
  40 //       fEnergyCMS - sqrt(S) per nucleon pair, AGeV
  41 //
  42 //       fYMin - minimal rapidity of photons
  43 //       fYMax - maximal rapidity of photons
  44 //       fPtMin - minimal p_t value of gamma, GeV/c
  45 //       fPtMax - maximal p_t value of gamma, GeV/c
  46 //-------------------------------------------------------------------------
  47 // comparison with SPS and RHIC data, prediction for LHC can be found in
  48 // arXiv:0811.2634 [nucl-th]
  49 //-------------------------------------------------------------------------
  50
  51 //Begin_Html
  52 /*
  53 <img src="picts/AliGeneratorClass.gif">
  54 </pre>
  55 <br clear=left>
  56 <font size=+2 color=red>
  57 <p>The responsible person for this module is
  58 <a href="mailto:andreas.morsch@cern.ch">Andreas Morsch</a>.
  59 </font>
  60 <pre>
  61 */
  62 //End_Html
  63 //                                                               //
  64 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
  65
  66 #include <TArrayF.h>
  67 #include <TF1.h>
  68
  69 #include "AliConst.h"
  70 #include "AliGenEventHeader.h"
  71 #include "AliGenPromptPhotons.h"
  72 #include "AliLog.h"
  73 #include "AliRun.h"
  74
  75 ClassImp(AliGenPromptPhotons)
  76
  77 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgDataPt        = NULL;
  78 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgWSzA          = NULL;
  79 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgWSzB          = NULL;
  80 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgTA            = NULL;
  81 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgTB            = NULL;
  82 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgTAxTB         = NULL;
  83 TF1*    AliGenPromptPhotons::fgTAB           = NULL;
  84
  85 //_____________________________________________________________________________
  86 AliGenPromptPhotons::AliGenPromptPhotons()
  87     :AliGenerator(-1),
  88         fAProjectile(0.),
  89         fATarget(0.),
  90         fEnergyCMS(0.),
  91         fMinImpactParam(0.),
  92         fMaxImpactParam(0.)
  93 {
  94     //
  95     // Default constructor
  96     //
  97     SetCutVertexZ();
  98     SetPtRange();
  99     SetYRange();
 100 }
 101
 102 //_____________________________________________________________________________
 103 AliGenPromptPhotons::AliGenPromptPhotons(Int_t npart)
 104     :AliGenerator(npart),
 105         fAProjectile(208),
 106         fATarget(208),
 107         fEnergyCMS(5500.),
 108         fMinImpactParam(0.),
 109         fMaxImpactParam(0.)
 110 {
 111   //
 112   // Standard constructor
 113   //
 114
 115     fName="PromptPhotons";
 116     fTitle="Prompt photons from pp data fit + T_AB";
 117
 118     SetCutVertexZ();
 119     SetPtRange();
 120     SetYRange();
 121 }
 122
 123 //_____________________________________________________________________________
 124 AliGenPromptPhotons::~AliGenPromptPhotons()
 125 {
 126   //
 127   // Standard destructor
 128   //
 129     delete fgDataPt;
 130     delete fgWSzA;
 131     delete fgWSzB;
 132     delete fgTA;
 133     delete fgTB;
 134     delete fgTAxTB;
 135     delete fgTAB;
 136 }
 137
 138 //_____________________________________________________________________________
 139 void AliGenPromptPhotons::Init()
 140 {
 141   // Initialisation
 142   fgDataPt = new TF1("fgDataPt",FitData,fPtMin,fPtMax,1);
 143   fgDataPt->SetParameter(0,fEnergyCMS);
 144
 145   const Double_t d=0.54;  // surface thickness (fm)
 146   const Double_t ra = 1.19*TMath::Power(fAProjectile,1./3.)-1.61/TMath::Power(fAProjectile,1./3.);
 147   const Double_t eps=0.01; // cut WS at ramax: WS(ramax)/WS(0)=eps
 148   const Double_t ramax=ra+d*TMath::Log((1.-eps+TMath::Exp(-ra/d))/eps);
 149
 150   TF1 fWSforNormA("fWSforNormA",&WSforNorm,0,ramax,2);
 151   fWSforNormA.SetParameters(ra,d);
 152   fWSforNormA.SetParNames("RA","d");
 153   const Double_t ca=1./fWSforNormA.Integral(0.,ramax);
 154
 155   const Double_t rb=1.19*TMath::Power(fATarget,1./3.)-1.61/TMath::Power(fATarget,1./3.);
 156   const Double_t rbmax=rb+d*TMath::Log((1.-eps+TMath::Exp(-rb/d))/eps);
 157
 158   TF1 fWSforNormB("fWSforNormB",&WSforNorm,0,rbmax,2);
 159   fWSforNormB.SetParameters(rb,d);
 160   fWSforNormB.SetParNames("RB","d");
 161   const Double_t cb=1./fWSforNormB.Integral(0.,rbmax);
 162
 163   fgWSzA = new TF1("fgWSzA",WSz,0.,ramax,4);
 164   fgWSzA->SetParameter(0,ra);
 165   fgWSzA->SetParameter(1,d);
 166   fgWSzA->SetParameter(2,ca);
 167
 168   fgTA = new TF1("fgTA",TA,0.,ramax,1);
 169   fgTA->SetParameter(0,ramax);
 170
 171   fgWSzB = new TF1("fgWSzB",WSz,0.,rbmax,4);
 172   fgWSzB->SetParameter(0,rb);
 173   fgWSzB->SetParameter(1,d);
 174   fgWSzB->SetParameter(2,cb);
 175
 176   fgTB = new TF1("fgTB",TB,0.,TMath::Pi(),3);
 177   fgTB->SetParameter(0,rbmax);
 178
 179   fgTAxTB = new TF1("fgTAxTB",TAxTB,0,ramax,2);
 180   fgTAxTB->SetParameter(0,rbmax);
 181
 182   fgTAB = new TF1("fgTAB",TAB,0.,ramax+rbmax,2);
 183   fgTAB->SetParameter(0,ramax);
 184   fgTAB->SetParameter(1,rbmax);
 185
 186 }
 187
 188 //_____________________________________________________________________________
 189 void AliGenPromptPhotons::Generate()
 190 {
 191   //
 192   // Generate thermal photons of a event
 193   //
 194
 195     Float_t polar[3]= {0,0,0};
 196     Float_t origin[3];
 197     Float_t p[3];
 198     Float_t random[6];
 199     Int_t nt;
 200
 201     for (Int_t j=0;j<3;j++) origin[j]=fOrigin[j];
 202 /*
 203     if(fVertexSmear==kPerEvent) {
 204       Vertex();
 205       for (j=0;j<3;j++) origin[j]=fVertex[j];
 206     }
 207 */
 208     TArrayF eventVertex;
 209     eventVertex.Set(3);
 210     eventVertex[0] = origin[0];
 211     eventVertex[1] = origin[1];
 212     eventVertex[2] = origin[2];
 213
 214     Int_t nGam;
 215     Float_t b,pt,rapidity,phi,ww;
 216
 217     b=TMath::Sqrt(fMinImpactParam*fMinImpactParam+(fMaxImpactParam*fMaxImpactParam-fMinImpactParam*fMinImpactParam)*gRandom->Rndm());
 218
 219     Double_t dsdyPP=fgDataPt->Integral(fPtMin,fPtMax); // pb, fm^2 = 1e10 pb
 220     ww=dsdyPP*1.0e-10*(fYMax-fYMin)*fAProjectile*fATarget*fgTAB->Eval(b);
 221     nGam=Int_t(ww);
 222     if(gRandom->Rndm() < (ww-(Float_t)nGam)) nGam++;
 223
 224       if(nGam) {
 225         for(Int_t i=0; i<nGam; i++) {
 226           pt=fgDataPt->GetRandom();
 227           Rndm(random,2);
 228           rapidity=(fYMax-fYMin)*random[0]+fYMin;
 229           phi=2.*TMath::Pi()*random[1];
 230           p[0]=pt*TMath::Cos(phi);
 231           p[1]=pt*TMath::Sin(phi);
 232           p[2]=pt*TMath::SinH(rapidity);
 233
 234           if(fVertexSmear==kPerTrack) {
 235             Rndm(random,6);
 236             for (Int_t j=0;j<3;j++) {
 237               origin[j]=fOrigin[j]+fOsigma[j]*TMath::Cos(2*random[2*j]*TMath::Pi())*
 238               TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[2*j+1]));
 239             }
 240           }
 241
 242           PushTrack(fTrackIt,-1,22,p,origin,polar,0,kPPrimary,nt,1.);
 243         }
 244       }
 245
 246 // Header
 247     AliGenEventHeader* header = new AliGenEventHeader("PromptPhotons");
 248 // Event Vertex
 249     header->SetPrimaryVertex(eventVertex);
 250     header->SetNProduced(fNpart);
 251     gAlice->SetGenEventHeader(header);
 252
 253 }
 254
 255 void AliGenPromptPhotons::SetPtRange(Float_t ptmin, Float_t ptmax) {
 256     AliGenerator::SetPtRange(ptmin, ptmax);
 257 }
 258
 259 void AliGenPromptPhotons::SetYRange(Float_t ymin, Float_t ymax) {
 260     AliGenerator::SetYRange(ymin, ymax);
 261 }
 262
 263 //**********************************************************************************
 264 Double_t AliGenPromptPhotons::FitData(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 265 //---------------------------------------------------
 266 // input:
 267 // x[0] - p_t (GeV).
 268 // par[0]=sqrt(s_NN) (GeV),
 269 //
 270 // output:
 271 // d^{2}#sigma/(dp_t dy) (pb/GeV)
 272 //---------------------------------------------------
 273 //
 274 // d^{2}#sigma/(dp_t dy) = (2 pi p_t) Ed^{3}#sigma/d^{3}p
 275 //
 276 // data presentation: Nucl.Phys.A783:577-582,2007, hep-ex/0609037, fig.3
 277 // F(x_t)=(#sqrt{s})^{5} Ed^{3}#sigma/d^{3}p
 278 //---------------------------------------------------
 279 // approximate tabulation of F(x_t)
 280   const Int_t nMax=4;
 281   const Double_t log10x[nMax]={ -2., -1., -0.6, -0.3};
 282   const Double_t log10F[nMax]={ 19., 13.,  9.8,   7.};
 283
 284   const Double_t xT=2.*x[0]/par[0];
 285   const Double_t log10xT=TMath::Log10(xT);
 286   Int_t i=0;
 287   while(log10xT>log10x[i] && i<nMax) i++;
 288   if(i==0) i=1;
 289   if(i==nMax) i=nMax-1;
 290   const Double_t alpha=(log10F[i]-log10F[i-1])/(log10x[i]-log10x[i-1]);
 291   const Double_t beta=log10F[i-1]-alpha*log10x[i-1];
 292
 293   return (TMath::TwoPi()*x[0])*TMath::Power(10.,alpha*log10xT+beta)/TMath::Power(par[0],5.);
 294 }
 295
 296 //**********************************************************************************
 297 Double_t AliGenPromptPhotons::WSforNorm(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 298 //---------------------------------------------------
 299 // input:
 300 // x[0] - r (fm)
 301 // par[0] - R (fm), radius
 302 // par[1] - d (fm), surface thickness
 303 //
 304 // output:
 305 // 4 pi r**2 /(1+exp((r-R)/d))
 306 //
 307 // Wood Saxon (WS) C/(1+exp((r-RA)/d)) (nuclons/fm^3)
 308 // To get the normalization A = (Integral 4 pi r**2 dr WS):
 309 // C = A / (Integral 4 pi r**2 dr 1/(1+exp((r-RA)/d)) )
 310 // Thus me need 4 pi r**2 /(1+exp((r-RA)/d)) (1/fm)
 311 //---------------------------------------------------
 312   const Double_t r=x[0];
 313   const Double_t bigR=par[0],d=par[1];
 314
 315   return 4.*TMath::Pi()*r*r/(1.+TMath::Exp((r-bigR)/d));
 316 }
 317
 318 //**********************************************************************************
 319 Double_t AliGenPromptPhotons::WSz(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 320 //---------------------------------------------------
 321 // input:
 322 // x[0] - z (fm)
 323 // par[0] - R (fm), radius
 324 // par[1] - d (fm), surface thickness
 325 // par[2] - C (nucleons/fm**2), normalization factor
 326 // par[3] - b (fm), impact parameter
 327 //
 328 // output:
 329 //  Wood Saxon Parameterisation
 330 //  as a function of z for fixed b (1/fm^3)
 331 //---------------------------------------------------
 332   const Double_t z=x[0];
 333   const Double_t bigR=par[0],d=par[1],C=par[2],b=par[3];
 334
 335   return C/(1.+TMath::Exp((TMath::Sqrt(b*b+z*z)-bigR)/d));
 336 }
 337
 338 //**********************************************************************************
 339 Double_t AliGenPromptPhotons::TA(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 340 //---------------------------------------------------
 341 // input:
 342 // x[0] - b (fm), impact parameter
 343 // par[0] - RAMAX (fm), max. value of projectile radius
 344 //
 345 // output:
 346 // nuclear thickness function T_A(b) (1/fm^2)
 347 //---------------------------------------------------
 348   const Double_t b=x[0];
 349   const Double_t ramax=par[0];
 350
 351   fgWSzA->SetParameter(3,b);
 352
 353   return 2.*fgWSzA->Integral(0.,TMath::Sqrt(ramax*ramax-b*b));
 354 }
 355
 356 //**********************************************************************************
 357 Double_t AliGenPromptPhotons::TB(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 358 //---------------------------------------------------
 359 // input:
 360 // x[0] - phi (rad)
 361 // par[0] - RBMAX (fm), max. value of target radius
 362 // par[1] - b (fm), impact parameter
 363 // par[2] - s (fm)
 364 //
 365 // output:
 366 //  nuclear thickness function T_B(phi)=T_B(sqtr(s**2+b**2-2*s*b*cos(phi)))
 367 //---------------------------------------------------
 368   const Double_t phi=x[0];
 369   const Double_t rbmax=par[0],b=par[1],s=par[2];
 370
 371   const Double_t w=TMath::Sqrt(s*s+b*b-2.*s*b*TMath::Cos(phi));
 372
 373   fgWSzB->SetParameter(3,w);
 374
 375   return 2.*fgWSzB->Integral(0.,TMath::Sqrt(rbmax*rbmax-w*w));;
 376 }
 377
 378 //**********************************************************************************
 379 Double_t AliGenPromptPhotons::TAxTB(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 380 //---------------------------------------------------
 381 // input:
 382 // x[0] - s (fm)
 383 // par[0] - RBMAX (fm), max. value of target radius
 384 // par[1] - b (fm), impact parameter
 385 //
 386 // output:
 387 //  s * TA(s) * 2 * Integral(0,phiMax) TB(phi(s,b))
 388 //---------------------------------------------------
 389   const Double_t s  = x[0];
 390   const Double_t rbmax=par[0],b=par[1];
 391
 392   if(s==0.) return 0.;
 393
 394   fgTB->SetParameter(1,b);
 395   fgTB->SetParameter(2,s);
 396
 397   Double_t phiMax;
 398   if(b<rbmax && s<(rbmax-b)) {
 399     phiMax=TMath::Pi();
 400   } else {
 401     phiMax=TMath::ACos((s*s+b*b-rbmax*rbmax)/(2.*s*b));
 402   }
 403
 404   return s*fgTA->Eval(s)*2.*fgTB->Integral(0.,phiMax);
 405 }
 406
 407 // ---------------------------------------------------------------------------------
 408 Double_t AliGenPromptPhotons::TAB(const Double_t* x, const Double_t* par) {
 409 //---------------------------------------------------
 410 // input:
 411 // x[0] - b (fm), impact parameter
 412 // par[0] - RAMAX (fm), max. value of projectile radius
 413 // par[1] - RAMAX (fm), max. value of target radius
 414 //
 415 // output:
 416 // overlap function TAB(b) (1/fm**2)
 417 //---------------------------------------------------
 418   const Double_t b=x[0];
 419   const Double_t ramax=par[0],rbmax=par[1];
 420
 421   Double_t sMin=0.,sMax=ramax;
 422   if(b>rbmax) sMin=b-rbmax;
 423   if(b<(ramax-rbmax)) sMax=b+rbmax;
 424
 425   fgTAxTB->SetParameter(1,b);
 426
 427   return fgTAxTB->Integral(sMin,sMax);
 428 }