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[u/mrichter/AliRoot.git] / TPHIC / AliGenTPHIC.cxx
1 /**************************************************************************
2  * Copyright(c) 1998-2003, 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 /* $Id$ */
18
19 // Event generator of two-photon processes
20 // in ultra-peripheral ion collisions.
21 // 5 two-photon process are implemented, see comments to SetProcess().
22 //%
23 // The example of the generator initialization for the process
24 // gamma gamma -> X in CaCa collisions at 7000 TeV/nucleon is the following:
25 //%
26 //    AliGenTPHIC *gener = new AliGenTPHIC();
27 //    gener->SetProcess(1);
28 //    gener->SetBeamEnergy(3500.);
29 //    gener->SetBeamZ(20);
30 //    gener->SetBeamA(40);
31 //    gener->SetMggRange(70.,200.);
32 //    gener->SetYggRange(-5.,5.);
33 //    gener->SetLumFunName("lum_ca_70_200.dat");
34 //    gener->SetLumFunFlag(-1);
35 //    gener->Init();
36 //%
37 // The two-photon luminosity function needed for the process cross section
38 // calculation is time-consuming, therefore it can be calculated once for a
39 // selected two-photon energy and rapidity range and selected ion species,
40 // saved into a file and then can be reused in further calculation.
41 //%
42 // The integral cross section of the process is calculated in each event
43 // by the Monte Carlo integration procedure, the differential cross section
44 // of each thrown event is assigned as a weight to each track of the event
45 // which can be then used during the event analysis by retreiving this weight
46 // from any of the event tracks.
47 // 
48 // The manual of the fortran generator is available in
49 // $ALICE_ROOT/TPHIC/TPHIC_doc.ps.gz
50 // For the two-photon physics in heavy ion collisions see
51 // G.Baur et al, Phys.Rep. 364 (2002), 359.
52 //%
53 // Author: Yuri.Kharlov@cern.ch
54 // 15 April 2003
55
56 #include <TParticle.h>
57 #include <TParticlePDG.h>
58 #include <TDatabasePDG.h>
59 #include <TClonesArray.h>
60
61 #include "AliPythia.h"
62 #include "AliRun.h"
63 #include <AliGenTPHIC.h>
64 #include <TPHICgen.h>
65 #include <TPHICcommon.h>
66
67 ClassImp(AliGenTPHIC)
68
69 //------------------------------------------------------------
70
71 AliGenTPHIC::AliGenTPHIC() :
72   AliGenMC(),
73   fTPHICgen(0x0),
74   fPythia(0x0),
75   fParticles(0x0),
76   fEvent(-1),
77   fDebug(0),
78   fDebugEventFirst(-1),
79   fDebugEventLast(-1)
80 {
81   // Constructor: create generator instance,
82   // create particle array
83   // Set TPHIC parameters to default values:
84   // eta_b production in Ca-Ca collisions at 7 A*TeV
85
86   SetMC(new TPHICgen());
87   fTPHICgen = (TPHICgen*) fMCEvGen;
88   fPythia = AliPythia::Instance();
89   fParticles = new TClonesArray("TParticle",100);
90
91   SetProcess   ();
92   SetBeamEnergy();
93   SetBeamZ     ();
94   SetBeamA     ();
95   SetYggRange  ();
96   SetMggRange  ();
97   SetNgridY    ();
98   SetNgridM    ();
99   SetLumFunName();
100   SetLumFunFlag();
101   SetKfOnium   ();
102 }
103
104 //____________________________________________________________
105 AliGenTPHIC::~AliGenTPHIC()
106 {
107   // Destroys the object, deletes and disposes all TParticles currently on list.
108   if (fParticles) {
109     fParticles->Delete();
110     delete fParticles;
111     fParticles = 0;
112   }
113 }
114
115 //____________________________________________________________
116 void AliGenTPHIC::Init()
117 {
118   // Initialize the generator TPHIC
119
120   fTPHICgen->Initialize();
121   fEvent = 0;
122 }
123
124 //____________________________________________________________
125 void AliGenTPHIC::Generate()
126 {
127   // Generate one event of two-photon process.
128   // Gaussian smearing on the vertex is done if selected. 
129   // All particles from the TPHIC/PYTHIA event listing
130   // are stored in TreeK, and only final-state particles are tracked.
131   // The event differectial cross section is assigned as a weight
132   // to each track of the event.
133
134   Float_t polar[3]   = {0,0,0};
135   Float_t origin0[3] = {0,0,0};
136   Float_t time0 = 0.;
137   Float_t origin[3]  = {0,0,0};
138   Float_t p[3], tof;
139   Double_t weight;
140
141   Int_t    ks,kf,iparent,nt, trackIt;
142   Float_t  random[6];
143   const Float_t kconv=0.001/2.999792458e8;
144
145   fTPHICgen->GenerateEvent();
146   weight = GetXSectionCurrent();
147   if (gAlice->GetEvNumber()>=fDebugEventFirst &&
148       gAlice->GetEvNumber()<=fDebugEventLast) fPythia->Pylist(1);
149   fPythia->ImportParticles(fParticles,"All");
150
151   if (fDebug == 1)
152     Info("Generate()","one event is produced");
153
154   Int_t j;
155   for (j=0;j<3;j++) origin0[j]=fOrigin[j];
156   time0 = fTimeOrigin;
157   if(fVertexSmear==kPerEvent) {
158     Rndm(random,6);
159     for (j=0;j<3;j++) {
160       origin0[j]+=fOsigma[j]*TMath::Cos(2*random[2*j]*TMath::Pi())*
161         TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[2*j+1]));
162     }
163     Rndm(random,2);
164     time0 += fOsigma[2]/TMath::Ccgs()*
165       TMath::Cos(2*random[0]*TMath::Pi())*
166       TMath::Sqrt(-2*TMath::Log(random[1]));
167   }
168
169   Int_t ip;
170   Int_t np = fParticles->GetEntriesFast();
171   TParticle *iparticle;
172 //   Int_t* pParent   = new Int_t[np];
173   for (ip=0; ip<np; ip++) {
174     iparticle = (TParticle *) fParticles->At(ip);
175     ks = iparticle->GetStatusCode();
176 //     // No initial state partons
177 //     if (ks==21) continue;
178     p[0] = iparticle->Px();
179     p[1] = iparticle->Py();
180     p[2] = iparticle->Pz();
181     origin[0] = origin0[0]+iparticle->Vx()/10.;
182     origin[1] = origin0[1]+iparticle->Vy()/10.;
183     origin[2] = origin0[2]+iparticle->Vz()/10.;
184     kf = CheckPDGCode(iparticle->GetPdgCode());
185     iparent = -1;
186     tof     = time0 + kconv*iparticle->T();
187     if (ks == 1) trackIt = 1;
188     else         trackIt = 0;
189     PushTrack(fTrackIt*trackIt,iparent,kf,p,origin,polar,tof,kPPrimary,nt,weight,ks);
190     KeepTrack(nt); 
191
192     if (fDebug == 2)
193       printf("id=%+4d, parent=%3d, ks=%d, p = (%+11.4e,%+11.4e,%+11.4e) GeV\n",
194              kf,iparent,fTrackIt*trackIt,p[0],p[1],p[2]);
195   }
196   fEvent++;
197   fTPHICgen->SetNEVENT(fEvent);
198   if (fDebug == 1 && fEvent%100 == 0) {
199     Info("Generate","Event %d\n",fEvent);
200     fTPHICgen->Finish();
201   }
202 }
203
204 //____________________________________________________________
205 void AliGenTPHIC::SetEventListRange(Int_t eventFirst, Int_t eventLast)
206 {
207   // Set a range of event numbers, for which a table
208   // of generated particle will be printed
209   fDebugEventFirst = eventFirst;
210   fDebugEventLast  = eventLast;
211   if (fDebugEventLast==-1) fDebugEventLast=fDebugEventFirst;
212 }
213
214 //____________________________________________________________
215 void AliGenTPHIC::SetProcess       (Int_t   proc  )
216 {
217   // Set process number:
218   // proc=1 - gamma gamma -> X
219   // proc=2 - gamma gamma -> quarkonium
220   // proc=3 - gamma gamma -> fermion+ fermion-
221   // proc=4 - gamma gamma -> W+ W-
222   // proc=5 - not implemented
223   // proc=6 - gamma gamma -> V1 V2 (vector meson pair)
224
225   fTPHICgen->SetIPROC(proc);
226 }
227 //____________________________________________________________
228   void AliGenTPHIC::SetBeamEnergy  (Float_t energy)
229 {
230   // Set energy of the beam ion per nucleon in GeV
231   fTPHICgen->SetEBMN(energy);
232 }
233 //____________________________________________________________
234   void AliGenTPHIC::SetBeamZ       (Int_t   z     )
235 {
236   // Set beam ion charge
237   fTPHICgen->SetIZ(z);
238 }
239 //____________________________________________________________
240   void AliGenTPHIC::SetBeamA       (Int_t   a     )
241 {
242   // Set beam ion atomic number
243   fTPHICgen->SetIA(a);
244 }
245 //____________________________________________________________
246   void AliGenTPHIC::SetYggRange    (Float_t ymin, Float_t ymax)
247 {
248   // Set rapidity range of 2-photon system for the
249   // luminosity function calculation
250   fTPHICgen->SetYMIN(ymin);
251   fTPHICgen->SetYMAX(ymax);
252 }
253 //____________________________________________________________
254   void AliGenTPHIC::SetMggRange    (Float_t mmin, Float_t mmax)
255 {
256   // Set invariant mass range of 2-photon system for the
257   // luminosity function calculation
258   fTPHICgen->SetAMIN(mmin);
259   fTPHICgen->SetAMAX(mmax);
260 }
261 //____________________________________________________________
262   void AliGenTPHIC::SetNgridY      (Int_t   ny    )
263 {
264   // Set number of nodes on the grid along the rapidity axis
265   // to calculate the 2-photon luminosity function
266   fTPHICgen->SetNY(ny);
267 }
268 //____________________________________________________________
269   void AliGenTPHIC::SetNgridM      (Int_t   nm    )
270 {
271   // Set number of nodes on the grid along the mass axis
272   // to calculate the 2-photon luminosity function
273   fTPHICgen->SetNMAS(nm);
274 }
275 //____________________________________________________________
276   void AliGenTPHIC::SetLumFunName  (TString name  )
277 {
278   // Set filename to store the 2-photon luminosity
279   // function calculated on the grid
280   fTPHICgen->SetLUMFIL(name);
281 }
282 //____________________________________________________________
283   void AliGenTPHIC::SetLumFunFlag  (Int_t   flag  )
284 {
285   // Set flag to calculate the 2-photon luminosity function:
286   // flag=-1 if a new lumimosity function to be calculated
287   //         and stored in a file
288   // flag=+1 if a previously calculated function to be read
289   //         from a file
290   fTPHICgen->SetILUMF(flag);
291 }
292 //____________________________________________________________
293   void AliGenTPHIC::SetKfFermion   (Int_t   kf    )
294 {
295   // Set a PDG flavour code of a fermion for the process 3,
296   // gamma gamma -> fermion+ fermion-
297   fTPHICgen->SetKFERM(kf);
298 }
299 //____________________________________________________________
300   void AliGenTPHIC::SetKfOnium    (Int_t   kf    )
301 {
302   // Set a PDG flavour code of a quarkonium for the process 2,
303   // gamma gamma -> quarkonium
304   fTPHICgen->SetKFONIUM(kf);
305 }
306 //____________________________________________________________
307   void AliGenTPHIC::SetMassOnium   (Float_t mass  )
308 {
309   // Set a quarkonium mass [GeV] for the process 2 if it
310   // differes from the Pythia's particle table.
311   // For the well-known quarkonia no need to set this mass
312   // because it will be taken from the Pythia table
313   fTPHICgen->SetXMRES(mass);
314 }
315 //____________________________________________________________
316   void AliGenTPHIC::SetGGwidthOnium(Float_t width )
317 {
318   // Set 2-photon partial width [GeV] of the quarkonium for
319   // the process 2 if it differes fromthe Pythia's particle table.
320   // For the well-known quarkonia no need to set this width
321   // because it will be taken from the Pythia table
322   fTPHICgen->SetXGGRES(width);
323 }
324 //____________________________________________________________
325   void AliGenTPHIC::SetKfVmesons   (Int_t kf1, Int_t kf2)
326 {
327   // Set PDG flavour codes of the two vector vesons
328   // for the process 2:  gamma gamma -> V1 V2
329   // So far this processes is implemented for the following
330   // mesons and their combinations only:
331   // pho0 (113), omega (223), phi (333), J/psi (443)
332   fTPHICgen->SetKV1(kf1);
333   fTPHICgen->SetKV2(kf2);
334 }
335 //____________________________________________________________
336   Float_t AliGenTPHIC::GetGGmass    ()
337 {
338   // Get invariant mass of generated 2-photon system
339   return fTPHICgen->GetWSQ();
340 }
341 //____________________________________________________________
342   Float_t AliGenTPHIC::GetGGrapidity()
343 {
344   // Get rapidity of generated 2-photon system
345   return fTPHICgen->GetYGG();
346 }
347 //____________________________________________________________
348   Float_t AliGenTPHIC::GetG1mass    ()
349 {
350   // Get a mass of the first virtual photon of
351   // the 2-photon process (-sqrt(q1^2)).
352   return fTPHICgen->GetXMG1();
353 }
354 //____________________________________________________________
355   Float_t AliGenTPHIC::GetG2mass    ()
356 {
357   // Get a mass of the second virtual photon of
358   // the 2-photon process (-sqrt(q2^2)).
359   return fTPHICgen->GetXMG2();
360 }
361 //____________________________________________________________
362   TClonesArray*  AliGenTPHIC::GetParticleList ()
363 {
364   // Get array of particles of the event listing
365   return fParticles;
366 }
367 //____________________________________________________________
368   TLorentzVector AliGenTPHIC::MomentumRecNucl1()
369 {
370   // Get 4-momentum of the first recoil nucleus after
371   // the 2-photon process.
372   return TLorentzVector(fTPHICgen->GetPTAG1(0),
373                         fTPHICgen->GetPTAG1(1),
374                         fTPHICgen->GetPTAG1(2),
375                         fTPHICgen->GetPTAG1(3));
376 }
377 //____________________________________________________________
378   TLorentzVector AliGenTPHIC::MomentumRecNucl2()
379 {
380   // Get 4-momentum of the first recoil nucleus after
381   // the 2-photon process.
382   return TLorentzVector(fTPHICgen->GetPTAG2(0),
383                         fTPHICgen->GetPTAG2(1),
384                         fTPHICgen->GetPTAG2(2),
385                         fTPHICgen->GetPTAG2(3));
386 }
387 //____________________________________________________________
388   Float_t AliGenTPHIC::GetXSectionCurrent()
389 {
390   // Get the cross section of the produced event for the
391   // Monte Carlo integral cross section calculation
392   return fTPHICgen->GetXSCUR();
393 }
394 //____________________________________________________________
395   Float_t AliGenTPHIC::GetXSection       ()
396 {
397   // Get the integral cross section of the process
398   // calculated so far
399   return fTPHICgen->GetXSTOT();
400 }
401 //____________________________________________________________
402   Float_t AliGenTPHIC::GetXSectionError  ()
403 {
404   // Get the error of the integral cross section of the process
405   // calculated so far
406   return fTPHICgen->GetXSTOTE();
407 }