added initialization in the default ctor
[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  *                                                                        *
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 /* $Id$ */
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 #include "TFile.h"
35
36 // --- Standard library ---
37
38 #include <stdio.h>
39
40 // --- AliRoot header files ---
41 #include "AliPHOSFastRecParticle.h"
42 #include "AliPHOSGeometry.h"
43 #include "AliPHOSv4.h"
44 #include "AliRun.h"
45 #include "AliConst.h"
46 #include "AliMC.h"
47
48 ClassImp(AliPHOSv4)
49
50 //____________________________________________________________________________
51 AliPHOSv4::AliPHOSv4() AliPHOS(name,title)
52 {
53   // default ctor : initialize data member
54    fBigBoxX = 0. ;                      
55    fBigBoxY = 0. ;                      
56    fBigBoxZ = 0. ;                       
57    fFastRecParticles = 0 ;        
58    fNRecParticles = 0 ;                
59    fRan = 0 ;                            
60    fResPara1 = 0. ;                       
61    fResPara2 = 0. ;                        
62    fResPara3 = 0. ;                      
63    fPosParaA0 = 0. ;                      
64    fPosParaA1 = 0. ;
65    fPosParaB0 = 0. ;     
66    fPosParaB1 = 0. ;    
67    fPosParaB2 = 0. ;    
68
69 }
70
71 //____________________________________________________________________________
72 AliPHOSv4::AliPHOSv4(const char *name, const char *title):
73   AliPHOS(name,title)
74 {
75   // ctor
76
77   // gets an instance of the geometry parameters class  
78   if (strcmp(GetTitle(),"") != 0 ) 
79     fGeom = AliPHOSGeometry::GetInstance(GetTitle(), "") ; 
80      
81     
82     SetBigBox(0, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(0) ) ;
83     SetBigBox(1, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(1) + GetGeometry()->GetCPVBoxSize(1) ) ; 
84     SetBigBox(2, GetGeometry()->GetOuterBoxSize(0) ); 
85     
86     fNRecParticles = 0 ; 
87     fFastRecParticles = new AliPHOSFastRecParticle::FastRecParticlesList("AliPHOSFastRecParticle", 100) ;
88
89     fResPara1 = 0.030 ;    // GeV
90     fResPara2 = 0.00003 ; 
91     fResPara3 = 0.00001 ; 
92     
93     fPosParaA0 = 2.87 ;    // mm
94     fPosParaA1 = -0.0975 ;  
95     fPosParaB0 = 0.257 ;   
96     fPosParaB1 = 0.137 ; 
97     fPosParaB2 = 0.00619 ; 
98 }
99
100 //____________________________________________________________________________
101 AliPHOSv4::~AliPHOSv4()
102 {
103   // dtor
104  
105   fFastRecParticles->Delete() ; 
106   delete fFastRecParticles ;
107   fFastRecParticles = 0 ; 
108
109 }
110
111 //____________________________________________________________________________
112 void AliPHOSv4::AddRecParticle(const AliPHOSFastRecParticle & rp)
113 {  
114   // Add a virtually reconstructed particle to the list 
115
116   new( (*fFastRecParticles)[fNRecParticles] ) AliPHOSFastRecParticle(rp) ;
117   fNRecParticles++ ; 
118 }
119
120 //____________________________________________________________________________
121 void AliPHOSv4::BuildGeometry()
122 {
123   // Build the PHOS geometry for the ROOT display
124    //BEGIN_HTML
125   /*
126     <H2>
127      PHOS FAST in ALICE displayed by root
128     </H2>
129     <H4> All Views </H4>
130     <P>
131     <CENTER>
132     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast All Views" SRC="../images/AliPHOSv4AllViews.gif"> 
133     </CENTER></P>
134     <H4> Front View </H4>
135     <P>
136     <CENTER>
137     <IMG Align=BOTTOM ALT="Fast Front View" SRC="../images/AliPHOSv4FrontView.gif"> 
138     </CENTER></P>
139   */
140   //END_HTML  
141  
142   const Int_t kColorPHOS = kRed ;
143   
144   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
145   
146   new TBRIK( "BigBox", "PHOS box", "void", GetBigBox(0)/2, 
147              GetBigBox(1)/2, 
148              GetBigBox(2)/2 );
149   
150   // position PHOS into ALICE
151
152   Float_t r = GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
153   Int_t number = 988 ; 
154   Float_t pphi =  TMath::ATan( GetBigBox(0)  / ( 2.0 * GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() ) ) ;
155   pphi *= kRADDEG ;
156   TNode * top = gAlice->GetGeometry()->GetNode("alice") ;
157  
158   char * nodename = new char[20] ;  
159   char * rotname  = new char[20] ; 
160
161   for( Int_t i = 1; i <= GetGeometry()->GetNModules(); i++ ) { 
162    Float_t angle = pphi * 2 * ( i - GetGeometry()->GetNModules() / 2.0 - 0.5 ) ;
163    sprintf(rotname, "%s%d", "rot", number++) ;
164    new TRotMatrix(rotname, rotname, 90, angle, 90, 90 + angle, 0, 0);
165    top->cd();
166    sprintf(nodename,"%s%d", "Module", i) ;    
167    Float_t x =  r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
168    Float_t y = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
169    TNode * bigboxnode = new TNode(nodename, nodename, "BigBox", x, y, 0, rotname ) ;
170    bigboxnode->SetLineColor(kColorPHOS) ;
171    fNodes->Add(bigboxnode) ;
172   }
173   delete[] nodename ; 
174   delete[] rotname ; 
175 }
176
177 //____________________________________________________________________________
178 void AliPHOSv4::CreateGeometry()
179 {
180   // Create the geometry for GEANT
181   
182   AliPHOSv4 *phostmp = (AliPHOSv4*)gAlice->GetModule("PHOS") ;
183   
184   if ( phostmp == NULL ) {
185     
186     fprintf(stderr, "PHOS detector not found!\n") ;
187     return ;
188     
189   }
190
191   // Get pointer to the array containing media indeces
192   Int_t *idtmed = fIdtmed->GetArray() - 699 ;
193   
194   Float_t bigbox[3] ; 
195   bigbox[0] =   GetBigBox(0) / 2.0 ;
196   bigbox[1] =   GetBigBox(1) / 2.0 ;
197   bigbox[2] =   GetBigBox(2) / 2.0 ;
198   
199   gMC->Gsvolu("PHOS", "BOX ", idtmed[798], bigbox, 3) ;
200   
201   // --- Position  PHOS mdules in ALICE setup ---
202   
203   Int_t idrotm[99] ;
204   Double_t const kRADDEG = 180.0 / kPI ;
205   
206   for( Int_t i = 1; i <= GetGeometry()->GetNModules(); i++ ) {
207     
208     Float_t angle = GetGeometry()->GetPHOSAngle(i) ;
209     AliMatrix(idrotm[i-1], 90.0, angle, 90.0, 90.0+angle, 0.0, 0.0) ;
210  
211     Float_t r = GetGeometry()->GetIPtoCrystalSurface() + GetBigBox(1) / 2.0 ;
212
213     Float_t xP1 = r * TMath::Sin( angle / kRADDEG ) ;
214     Float_t yP1 = -r * TMath::Cos( angle / kRADDEG ) ;
215     gMC->Gspos("PHOS", i, "ALIC", xP1, yP1, 0.0, idrotm[i-1], "ONLY") ;
216  
217   } // for GetNModules
218
219 }
220
221
222 //____________________________________________________________________________
223 void AliPHOSv4::Init(void)
224 {
225   // Prints out an information message
226   
227   Int_t i;
228
229   printf("\n");
230   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
231   printf(" FAST PHOS_INIT ");
232   for(i=0;i<35;i++) printf("*");
233   printf("\n");
234
235   // Here the PHOS initialisation code (if any!)
236
237   for(i=0;i<80;i++) printf("*");
238   printf("\n");
239   
240 }
241
242 //___________________________________________________________________________
243 Float_t AliPHOSv4::GetBigBox(Int_t index) const
244 {
245   // Get the X, Y or Z dimension of the box describing a PHOS module
246   
247   Float_t rv = 0 ; 
248
249   switch (index) {
250   case 0:
251     rv = fBigBoxX ; 
252     break ; 
253   case 1:
254      rv = fBigBoxY ; 
255     break ; 
256   case 2:
257      rv = fBigBoxZ ; 
258     break ; 
259  }
260   return rv ; 
261 }
262
263 //___________________________________________________________________________
264 void AliPHOSv4::MakeBranch(Option_t* opt, const char *file)
265 {  
266   // Create new branch in the current reconstructed Root Tree
267  
268   AliDetector::MakeBranch(opt,file) ;
269   
270   char branchname[10];
271   sprintf(branchname,"%s",GetName());
272   const char *cd = strstr(opt,"R");
273   
274   if (fFastRecParticles && gAlice->TreeR() && cd) {
275     MakeBranchInTree(gAlice->TreeR(), 
276                      branchname, &fFastRecParticles, fBufferSize, file);
277   }
278 }
279
280 //____________________________________________________________________________
281 Double_t AliPHOSv4::MakeEnergy(const Double_t energy)
282 {  
283   // Smears the energy according to the energy dependent energy resolution.
284   // A gaussian distribution is assumed
285
286   Double_t sigma  = SigmaE(energy) ; 
287   return  fRan.Gaus(energy, sigma) ;   
288 }
289
290 //____________________________________________________________________________
291 TVector3 AliPHOSv4::MakePosition(const Double_t energy, const TVector3 pos, const Double_t theta, const Double_t phi)
292 {
293   // Smears the impact position according to the energy dependent position resolution
294   // A gaussian position distribution is assumed
295
296   TVector3 newpos ;
297   Double_t sigma = SigmaP( energy, theta*180./TMath::Pi() ) ;
298   Double_t x = fRan.Gaus( pos.X(), sigma ) ;
299   sigma = SigmaP( energy, phi*180./TMath::Pi() ) ;
300   Double_t z = fRan.Gaus( pos.Z(), sigma ) ;
301   Double_t y = pos.Y() ; 
302   
303   newpos.SetX(x) ; 
304   newpos.SetY(y) ; 
305   newpos.SetZ(z) ; 
306               
307   return newpos ; 
308 }
309
310 //____________________________________________________________________________
311 void AliPHOSv4::MakeRecParticle(const Int_t modid, const TVector3 pos, AliPHOSFastRecParticle & rp)
312 {
313   // Modify the primary particle properties according
314   //  1. the response function of PHOS
315   //  2. the performance of the EMC+PPSD setup
316   
317   Int_t type = MakeType( rp ) ;
318   rp.SetType(type) ;
319
320   
321   // get the detected energy
322
323   TLorentzVector momentum ;  
324   rp.Momentum(momentum) ; 
325   Double_t kineticenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(momentum.E(), 2) - TMath::Power(rp.GetMass(), 2) ) ; 
326   Double_t modifiedkineticenergy = MakeEnergy(kineticenergy ) ;
327   Double_t modifiedenergy = TMath::Sqrt( TMath::Power(modifiedkineticenergy, 2)  
328                                          + TMath::Power( rp.GetMass(), 2) ) ;
329  
330   // get the angle of incidence 
331   
332   Double_t incidencetheta = 90. * TMath::Pi() /180 - rp.Theta() ; 
333   Double_t incidencephi   = ( 270 + GetGeometry()->GetPHOSAngle(modid) ) * TMath::Pi() / 180. - rp.Phi() ;   
334
335   // get the detected direction
336   
337   TVector3 modifiedposition = MakePosition(kineticenergy, pos, incidencetheta, incidencephi) ; 
338   modifiedposition *= modifiedkineticenergy / modifiedposition.Mag() ; 
339
340   // Set the modified 4-momentum of the reconstructed particle
341
342   rp.SetMomentum(modifiedposition.X(), modifiedposition.Y(), modifiedposition.Z(), modifiedenergy) ; 
343
344  }
345
346 //____________________________________________________________________________
347 Int_t AliPHOSv4::MakeType(AliPHOSFastRecParticle & rp )
348 {
349   // Generate a particle type using the performance of the EMC+PPSD setup
350
351   Int_t rv =   AliPHOSFastRecParticle::kUNDEFINED ;
352   Int_t charge = (Int_t)rp.GetPDG()->Charge() ;
353   Int_t test ; 
354   Float_t ran ; 
355   if ( charge != 0 && ( TMath::Abs(rp.GetPdgCode()) != 11 ) ) 
356     test = - 1 ;
357   else
358     test = rp.GetPdgCode() ; 
359
360   switch (test) { 
361
362   case 22:    // it's a photon
363     ran = fRan.Rndm() ; 
364     if ( ran <= 0.5 )  // 50 % 
365       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kGAMMA ; 
366     else {
367       ran = fRan.Rndm() ; 
368       if( ran <= 0.9498 )
369         rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
370       else
371         rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
372     }     
373     break ; 
374
375   case 2112:  // it's a neutron
376     ran = fRan.Rndm() ; 
377     if ( ran <= 0.9998 )
378       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
379     else 
380       rv = AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
381     break ; 
382
383   case -2112: // it's a anti-neutron
384     ran = fRan.Rndm() ; 
385     if ( ran <= 0.9984 )
386       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALHA ; 
387     else 
388       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kNEUTRALEM ; 
389     break ; 
390     
391   case 11:    // it's a electron
392     ran = fRan.Rndm() ; 
393     if ( ran <= 0.9996 )
394       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kELECTRON ; 
395     else 
396       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
397     break; 
398
399   case -11:   // it's a positon
400     ran = fRan.Rndm() ; 
401     if ( ran <= 0.9996 )
402       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kELECTRON ; 
403     else 
404       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
405     break; 
406
407   case -1:    // it's a charged
408     ran = fRan.Rndm() ; 
409     if ( ran <= 0.9996 )
410       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kCHARGEDHA ; 
411     else 
412       rv =  AliPHOSFastRecParticle::kGAMMA ; 
413
414     break ; 
415   }
416     
417   
418   return rv ;
419 }
420
421 //___________________________________________________________________________
422 void AliPHOSv4::ResetPoints()
423 {
424   // This overloads the method in AliDetector
425   
426   ResetFastRecParticles() ; 
427 }
428
429 //___________________________________________________________________________
430 void AliPHOSv4::ResetFastRecParticles()
431 {
432   // Resets the list of virtual reconstructed particles
433  
434   if (fFastRecParticles) 
435     fFastRecParticles->Clear() ;
436   fNRecParticles = 0 ; 
437 }
438
439 //___________________________________________________________________________
440 void AliPHOSv4::SetBigBox(Int_t index, Float_t value)
441 {
442   // Set the size of the Box describing a PHOS module
443   
444   switch (index) {
445   case 0:
446     fBigBoxX = value ; 
447     break ; 
448   case 1:
449     fBigBoxY = value ; 
450     break ; 
451   case 2:
452     fBigBoxZ = value ; 
453     break ; 
454  }
455
456 }
457
458 //____________________________________________________________________________
459 Double_t AliPHOSv4::SigmaE(Double_t energy)
460 {
461   // Calculates the energy dependent energy resolution
462   
463   Double_t rv = -1 ; 
464   
465   rv = TMath::Sqrt( TMath::Power(fResPara1/energy, 2) 
466                + TMath::Power(fResPara2/TMath::Sqrt(energy), 2) 
467                + TMath::Power(fResPara3, 2) ) ;  
468
469   return rv * energy ; 
470 }
471
472 //____________________________________________________________________________
473 Double_t AliPHOSv4::SigmaP(Double_t energy, Int_t incidence)
474 {
475   // Calculates the energy dependent position resolution 
476
477   Double_t paraA = fPosParaA0 + fPosParaA1 * incidence ; 
478   Double_t paraB = fPosParaB0 + fPosParaB1 * incidence + fPosParaB2 * incidence * incidence ; 
479
480   return ( paraA / TMath::Sqrt(energy) + paraB ) * 0.1   ; // in cm  
481 }
482
483 //____________________________________________________________________________
484 void AliPHOSv4::StepManager(void)
485 {
486   // Only verifies if the particle reaches PHOS and stops the tracking 
487
488   Int_t primary =  gAlice->GetPrimary( gAlice->CurrentTrack() ); 
489
490   TLorentzVector lv ; 
491   gMC->TrackPosition(lv) ;
492   TVector3 pos = lv.Vect() ; 
493   Int_t modid  ; 
494   gMC->CurrentVolID(modid);
495   
496   Float_t energy = gMC->Etot() ; //Total energy of current track
497
498   //Calculating mass of current particle
499   TDatabasePDG * pdg = TDatabasePDG::Instance() ;
500   TParticlePDG * partPDG = pdg->GetParticle(gMC->TrackPid()) ;
501   Float_t mass = partPDG->Mass() ;
502
503   if(energy > mass){
504     pos.SetMag(TMath::Sqrt(energy*energy-mass*mass)) ;
505     TLorentzVector pTrack(pos, energy) ;  
506
507     TParticle * part = new TParticle(gMC->TrackPid(), 0,-1,-1,-1,-1, pTrack, lv)  ;
508         
509     AliPHOSFastRecParticle rp(*part) ;
510     rp.SetPrimary(primary) ; 
511
512     // Adds the response of PHOS to the particle
513     MakeRecParticle(modid, pos, rp) ;
514     
515     // add the `track' particle to the FastRecParticles list
516   
517     AddRecParticle(rp) ;
518
519     part->Delete() ;
520   }
521   // stop the track as soon PHOS is reached
522   
523   gMC->StopTrack() ; 
524
525 }
526