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