Removal of useless dependecies via forward declarations
[u/mrichter/AliRoot.git] / PHOS / AliPHOSv4.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   *
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10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
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13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
14  **************************************************************************/
15
16 /* $Id$ */
17
18 //_________________________________________________________________________
19 // Implementation of the PHOS manager class for fast simulations     
20 // Tracks particles until the reach a grossly designed PHOS module
21 // Modify the particles property (momentum, energy, type) according to
22 //  the PHOS response function. The result is called a virtual reconstructed
23 //  particle.                
24 //
25 //*-- Author: Yves Schutz (SUBATECH)
26
27 // --- ROOT system ---
28
29 #include "TBRIK.h"
30 #include "TNode.h"
31 #include "TParticle.h"
32 #include "TTree.h"
33 #include "TGeometry.h"
34
35 // --- Standard library ---
36
37 #include <stdio.h>
38
39 // --- AliRoot header files ---
40
41 #include "AliPHOSv4.h"
42 #include "AliRun.h"
43 #include "AliConst.h"
44 #include "AliMC.h"
45
46 ClassImp(AliPHOSv4)
47
48 //____________________________________________________________________________
49 AliPHOSv4::AliPHOSv4(const char *name, const char *title):
50   AliPHOS(name,title)
51 {
52   // ctor
53
54   // gets an instance of the geometry parameters class  
55   if (strcmp(GetTitle(),"") != 0 ) 
56     fGeom =  AliPHOSGeometry::GetInstance(GetTitle(), "") ; 
57      
58     
59     SetBigBox(0, fGeom->GetOuterBoxSize(0) ) ;
60     SetBigBox(1, fGeom->GetOuterBoxSize(1) + fGeom->GetPPSDBoxSize(1) ) ; 
61     SetBigBox(2, fGeom->GetOuterBoxSize(0) ); 
62     
63     fNRecParticles = 0 ; 
64     fFastRecParticles = new AliPHOSFastRecParticle::FastRecParticlesList("AliPHOSFastRecParticle", 100) ;
65
66     fResPara1 = 0.030 ;    // GeV
67     fResPara2 = 0.00003 ; 
68     fResPara3 = 0.00001 ; 
69     
70     fPosParaA0 = 2.87 ;    // mm
71     fPosParaA1 = -0.0975 ;  
72     fPosParaB0 = 0.257 ;   
73     fPosParaB1 = 0.137 ; 
74     fPosParaB2 = 0.00619 ; 
75 }
76
77 //____________________________________________________________________________
78 AliPHOSv4::~AliPHOSv4()
79 {
80   // dtor
81  
82   fFastRecParticles->Delete() ; 
83   delete fFastRecParticles ;
84   fFastRecParticles = 0 ; 
85
86 }
87
88 //____________________________________________________________________________
89 void AliPHOSv4::AddRecParticle(const AliPHOSFastRecParticle & rp)
90 {  
91   // Add a virtually reconstructed particle to the list 
92
93   new( (*fFastRecParticles)[fNRecParticles] ) AliPHOSFastRecParticle(rp) ;
94   fNRecParticles++ ; 
95 }
96
97 //____________________________________________________________________________
98 void AliPHOSv4::BuildGeometry()
99 {
100   // Build the PHOS geometry for the ROOT display
101    //BEGIN_HTML
102   /*
103     <H2>
104      PHOS FAST in ALICE displayed by root
105     </H2>
106     <H4> All Views </H4>
107     <P>
108     <CENTER>
109     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast All Views" SRC="../images/AliPHOSv4AllViews.gif"> 
110     </CENTER></P>
111     <H4> Front View </H4>
112     <P>
113     <CENTER>
114     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast Front View" SRC="../images/AliPHOSv4FrontView.gif"> 
115     </CENTER></P>
116   */
117   //END_HTML  
118  
119   const Int_t kColorPHOS = kRed ;
120   
121   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
122   
123   new TBRIK( "BigBox", "PHOS box", "void", GetBigBox(0)/2, 
124              GetBigBox(1)/2, 
125              GetBigBox(2)/2 );
126   
127   // position PHOS into ALICE
128
129   Float_t r = fGeom->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
130   Int_t number = 988 ; 
131   Float_t pphi =  TMath::ATan( GetBigBox(0)  / ( 2.0 * fGeom->GetIPtoCrystalSurface() ) ) ;
132   pphi *= kRADDEG ;
133   TNode * top = gAlice->GetGeometry()->GetNode("alice") ;
134  
135   char * nodename = new char[20] ;  
136   char * rotname  = new char[20] ; 
137
138   for( Int_t i = 1; i <= fGeom->GetNModules(); i++ ) { 
139    Float_t angle = pphi * 2 * ( i - fGeom->GetNModules() / 2.0 - 0.5 ) ;
140    sprintf(rotname, "%s%d", "rot", number++) ;
141    new TRotMatrix(rotname, rotname, 90, angle, 90, 90 + angle, 0, 0);
142    top->cd();
143    sprintf(nodename,"%s%d", "Module", i) ;    
144    Float_t x =  r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
145    Float_t y = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
146    TNode * bigboxnode = new TNode(nodename, nodename, "BigBox", x, y, 0, rotname ) ;
147    bigboxnode->SetLineColor(kColorPHOS) ;
148    fNodes->Add(bigboxnode) ;
149   }
150   delete[] nodename ; 
151   delete[] rotname ; 
152 }
153
154 //____________________________________________________________________________
155 void AliPHOSv4::CreateGeometry()
156 {
157   // Create the geometry for GEANT
158   
159   AliPHOSv4 *phostmp = (AliPHOSv4*)gAlice->GetModule("PHOS") ;
160   
161   if ( phostmp == NULL ) {
162     
163     fprintf(stderr, "PHOS detector not found!\n") ;
164     return ;
165     
166   }
167
168   // Get pointer to the array containing media indeces
169   Int_t *idtmed = fIdtmed->GetArray() - 699 ;
170   
171   Float_t bigbox[3] ; 
172   bigbox[0] =   GetBigBox(0) / 2.0 ;
173   bigbox[1] =   GetBigBox(1) / 2.0 ;
174   bigbox[2] =   GetBigBox(2) / 2.0 ;
175   
176   gMC->Gsvolu("PHOS", "BOX ", idtmed[798], bigbox, 3) ;
177   
178   // --- Position  PHOS mdules in ALICE setup ---
179   
180   Int_t idrotm[99] ;
181   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
182   
183   for( Int_t i = 1; i <= fGeom->GetNModules(); i++ ) {
184     
185     Float_t angle = fGeom->GetPHOSAngle(i) ;
186     AliMatrix(idrotm[i-1], 90.0, angle, 90.0, 90.0+angle, 0.0, 0.0) ;
187  
188     Float_t r = fGeom->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
189
190     Float_t xP1 = r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
191     Float_t yP1 = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
192     gMC->Gspos("PHOS", i, "ALIC", xP1, yP1, 0.0, idrotm[i-1], "ONLY") ;
193  
194   } // for GetNModules
195
196 }
197
198
199 //____________________________________________________________________________
200 void AliPHOSv4::Init(void)
201 {
202   // Prints out an information message
203   
204   Int_t i;
205
206   printf("\n");
207   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
208   printf(" FAST PHOS_INIT ");
209   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
210   printf("\n");
211
212   // Here the PHOS initialisation code (if any!)
213
214   for(i=0;i<80;i++) printf("*");
215   printf("\n");
216   
217 }
218
219 //___________________________________________________________________________
220 Float_t AliPHOSv4::GetBigBox(Int_t index)
221 {
222   // Get the X, Y or Z dimension of the box describing a PHOS module
223   
224   Float_t rv = 0 ; 
225
226   switch (index) {
227   case 0:
228     rv = fBigBoxX ; 
229     break ; 
230   case 1:
231      rv = fBigBoxY ; 
232     break ; 
233   case 2:
234      rv = fBigBoxZ ; 
235     break ; 
236  }
237   return rv ; 
238 }
239
240 //___________________________________________________________________________
241 void AliPHOSv4::MakeBranch(Option_t* opt)
242 {  
243   // Create new branch in the current reconstructed Root Tree
244  
245   AliDetector::MakeBranch(opt) ;
246   
247   char branchname[10];
248   sprintf(branchname,"%s",GetName());
249   char *cd = strstr(opt,"R");
250   
251   if (fFastRecParticles && gAlice->TreeR() && cd) {
252     gAlice->TreeR()->Branch(branchname, &fFastRecParticles, fBufferSize);
253   }
254 }
255
256 //____________________________________________________________________________
257 Double_t AliPHOSv4::MakeEnergy(const Double_t energy)
258 {  
259   // Smears the energy according to the energy dependent energy resolution.
260   // A gaussian distribution is assumed
261
262   Double_t sigma  = SigmaE(energy) ; 
263   return  fRan.Gaus(energy, sigma) ;   
264 }
265
266 //____________________________________________________________________________
267 TVector3 AliPHOSv4::MakePosition(const Double_t energy, const TVector3 pos, const Double_t theta, const Double_t phi)
268 {
269   // Smears the impact position according to the energy dependent position resolution
270   // A gaussian position distribution is assumed
271
272   TVector3 newpos ;
273   Double_t sigma = SigmaP( energy, theta*180./TMath::Pi() ) ;
274   Double_t x = fRan.Gaus( pos.X(), sigma ) ;
275   sigma = SigmaP( energy, phi*180./TMath::Pi() ) ;
276   Double_t z = fRan.Gaus( pos.Z(), sigma ) ;
277   Double_t y = pos.Y() ; 
278   
279   newpos.SetX(x) ; 
280   newpos.SetY(y) ; 
281   newpos.SetZ(z) ; 
282               
283   return newpos ; 
284 }
285
286 //____________________________________________________________________________
287 void AliPHOSv4::MakeRecParticle(const Int_t modid, const TVector3 pos, AliPHOSFastRecParticle & rp)
288 {
289   // Modify the primary particle properties according
290   //  1. the response function of PHOS
291   //  2. the performance of the EMC+PPSD setup
292   
293   Int_t type = MakeType( rp ) ;
294   rp.SetType(type) ;
295
296   
297   // get the detected energy
298
299   TLorentzVector momentum ;  
300   rp.Momentum(momentum) ; 
301   Double_t kineticenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(momentum.E(), 2) - TMath::Power(rp.GetMass(), 2) ) ; 
302   Double_t modifiedkineticenergy = MakeEnergy(kineticenergy ) ;
303   Double_t modifiedenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(modifiedkineticenergy, 2)  
304                                          + TMath::Power( rp.GetMass(), 2) ) ;
305  
306   // get the angle of incidence 
307   
308   Double_t incidencetheta = 90. * TMath::Pi() /180 - rp.Theta() ; 
309   Double_t incidencephi   = ( 270 + fGeom->GetPHOSAngle(modid) ) * TMath::Pi() / 180. - rp.Phi() ;   
310
311   // get the detected direction
312   
313   TVector3 modifiedposition = MakePosition(kineticenergy, pos, incidencetheta, incidencephi) ; 
314   modifiedposition *= modifiedkineticenergy / modifiedposition.Mag() ; 
315
316   // Set the modified 4-momentum of the reconstructed particle
317
318   rp.SetMomentum(modifiedposition.X(), modifiedposition.Y(), modifiedposition.Z(), modifiedenergy) ; 
319
320  }
321
322 //____________________________________________________________________________
323 Int_t AliPHOSv4::MakeType(AliPHOSFastRecParticle & rp )
324 {
325   // Generate a particle type using the performance of the EMC+PPSD setup
326
327   Int_t rv =   AliPHOSFastRecParticle::kUNDEFINED ;
328   Int_t charge = (Int_t)rp.GetPDG()->Charge() ;
329   Int_t test ; 
330   Float_t ran ; 
331   if ( charge != 0 && ( TMath::Abs(rp.GetPdgCode()) != 11 ) ) 
332     test = - 1 ;
333   else
334     test = rp.GetPdgCode() ; 
335
336   switch (test) { 
337
338   case 22:    // it's a photon
339     ran = fRan.Rndm() ; 
340     if ( ran <= 0.5 )  // 50 % 
341       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kGAMMA ; 
342     else {
343       ran = fRan.Rndm() ; 
344       if( ran <= 0.9498 )
345         rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
346       else
347         rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
348     }     
349     break ; 
350
351   case 2112:  // it's a neutron
352     ran = fRan.Rndm() ; 
353     if ( ran <= 0.9998 )
354       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
355     else 
356       rv = AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
357     break ; 
358
359   case -2112: // it's a anti-neutron
360     ran = fRan.Rndm() ; 
361     if ( ran <= 0.9984 )
362       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
363     else 
364       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
365     break ; 
366     
367   case 11:    // it's a electron
368     ran = fRan.Rndm() ; 
369     if ( ran <= 0.9996 )
370       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kELECTRON ; 
371     else 
372       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
373     break; 
374
375   case -11:   // it's a positon
376     ran = fRan.Rndm() ; 
377     if ( ran <= 0.9996 )
378       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kELECTRON ; 
379     else 
380       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
381     break; 
382
383   case -1:    // it's a charged
384     ran = fRan.Rndm() ; 
385     if ( ran <= 0.9996 )
386       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
387     else 
388       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kGAMMA ; 
389
390     break ; 
391   }
392     
393   
394   return rv ;
395 }
396
397 //___________________________________________________________________________
398 void AliPHOSv4::ResetPoints()
399 {
400   // This overloads the method in AliDetector
401   
402   ResetFastRecParticles() ; 
403 }
404
405 //___________________________________________________________________________
406 void AliPHOSv4::ResetFastRecParticles()
407 {
408   // Resets the list of virtual reconstructed particles
409  
410   if (fFastRecParticles) 
411     fFastRecParticles->Clear() ;
412   fNRecParticles = 0 ; 
413 }
414
415 //___________________________________________________________________________
416 void AliPHOSv4::SetBigBox(Int_t index, Float_t value)
417 {
418   // Set the size of the Box describing a PHOS module
419   
420   switch (index) {
421   case 0:
422     fBigBoxX = value ; 
423     break ; 
424   case 1:
425     fBigBoxY = value ; 
426     break ; 
427   case 2:
428     fBigBoxZ = value ; 
429     break ; 
430  }
431
432 }
433
434 //____________________________________________________________________________
435 Double_t AliPHOSv4::SigmaE(Double_t energy)
436 {
437   // Calculates the energy dependent energy resolution
438   
439   Double_t rv = -1 ; 
440   
441   rv = TMath::Sqrt( TMath::Power(fResPara1/energy, 2) 
442                + TMath::Power(fResPara2/TMath::Sqrt(energy), 2) 
443                + TMath::Power(fResPara3, 2) ) ;  
444
445   return rv * energy ; 
446 }
447
448 //____________________________________________________________________________
449 Double_t AliPHOSv4::SigmaP(Double_t energy, Int_t incidence)
450 {
451   // Calculates the energy dependent position resolution 
452
453   Double_t paraA = fPosParaA0 + fPosParaA1 * incidence ; 
454   Double_t paraB = fPosParaB0 + fPosParaB1 * incidence + fPosParaB2 * incidence * incidence ; 
455
456   return ( paraA / TMath::Sqrt(energy) + paraB ) * 0.1   ; // in cm  
457 }
458
459 //____________________________________________________________________________
460 void AliPHOSv4::StepManager(void)
461 {
462   // Only verifies if the particle reaches PHOS and stops the tracking 
463
464   Int_t primary =  gAlice->GetPrimary( gAlice->CurrentTrack() ); 
465
466   TLorentzVector lv ; 
467   gMC->TrackPosition(lv) ;
468   TVector3 pos = lv.Vect() ; 
469   Int_t modid  ; 
470   gMC->CurrentVolID(modid);
471   
472   Float_t Energy = gMC->Etot() ; //Total energy of current track
473
474   //Calculating mass of current particle
475   TDatabasePDG * PDG = TDatabasePDG::Instance() ;
476   TParticlePDG * partPDG = PDG->GetParticle(gMC->TrackPid()) ;
477   Float_t mass = partPDG->Mass() ;
478
479   if(Energy > mass){
480     pos.SetMag(TMath::Sqrt(Energy*Energy-mass*mass)) ;
481     TLorentzVector pTrack(pos,Energy) ;  
482
483     TParticle * part = new TParticle(gMC->TrackPid(), 0,-1,-1,-1,-1, pTrack, lv)  ;
484         
485     AliPHOSFastRecParticle rp(*part) ;
486     rp.SetPrimary(primary) ; 
487
488     // Adds the response of PHOS to the particle
489     MakeRecParticle(modid, pos, rp) ;
490     
491     // add the `track' particle to the FastRecParticles list
492   
493     AddRecParticle(rp) ;
494
495     part->Delete() ;
496   }
497   // stop the track as soon PHOS is reached
498   
499   gMC->StopTrack() ; 
500
501 }
502