Classed moved form libJETANMC to libJETAN.
[u/mrichter/AliRoot.git] / ZDC / AliGenZDC.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 //                                                                  //         //
20 //      Generator of spectator nucleons (either protons or neutrons)//
21 //        computes beam crossing and divergence and Fermi momentum  //
22 //                                                                  //
23 /////////////////////////////////////////////////////////////////////
24
25 #include <assert.h>
26
27 #include <TDatabasePDG.h>
28 #include <TLorentzVector.h>
29 #include <TMCProcess.h>
30 #include <TPDGCode.h>
31 #include <TRandom.h>
32 #include <TVector3.h>
33
34 #include "AliConst.h"
35 #include "AliGenZDC.h"
36 #include "AliRun.h"
37 #include "AliMC.h"
38  
39 ClassImp(AliGenZDC)
40  
41 //_____________________________________________________________________________
42 AliGenZDC::AliGenZDC()
43    :AliGenerator()
44 {
45   //
46   // Default constructor
47   //
48   fIpart = 0;
49 }
50
51 //_____________________________________________________________________________
52 AliGenZDC::AliGenZDC(Int_t npart)
53    :AliGenerator(npart)
54 {
55   //
56   // Standard constructor
57   //
58   fName = "AliGenZDC";
59   fTitle = "Generation of Test Particles for ZDCs";
60   fIpart = kNeutron;
61   fCosx  = 0.;
62   fCosy  = 0.;
63   fCosz  = 1.;
64   fPseudoRapidity = 0.;
65   
66   fFermiflag = 1;
67   // LHC values for beam divergence and crossing angle
68   fBeamDiv = 0.000032;
69   fBeamCrossAngle = 0.0001;
70   fBeamCrossPlane = 2;
71   
72   Int_t i, j;
73   for(i=0; i<201; i++){
74      fProbintp[i] = 0;
75      fProbintn[i] = 0;
76   }
77   for(j=0; j<3; j++) fPp[i] = 0;
78   fDebugOpt = 0;
79 }
80
81 //_____________________________________________________________________________
82 void AliGenZDC::Init()
83 {
84   //Initialize Fermi momentum distributions for Pb-Pb
85   //
86   printf("\n\n          AliGenZDC initialization:\n");
87   printf("   Particle: %d, Track cosines: x = %f, y = %f, z = %f \n", 
88          fIpart,fCosx,fCosy,fCosz);
89   printf("   Fermi flag = %d, Beam divergence = %f, Crossing angle "
90          "= %f, Crossing plane = %d\n\n", fFermiflag, fBeamDiv, fBeamCrossAngle,
91          fBeamCrossPlane);
92
93   FermiTwoGaussian(207.,fPp,fProbintp,fProbintn);
94 }  
95   
96 //_____________________________________________________________________________
97 void AliGenZDC::Generate()
98 {
99   //
100   // Generate one trigger (n or p)
101   //
102   Int_t i;
103
104   Double_t mass, pLab[3], fP0, fP[3], fBoostP[3], ddp[3], dddp0, dddp[3]; 
105   Float_t  fPTrack[3], ptot = fPMin;
106   Int_t nt;
107   
108   if(fPseudoRapidity==0.){ 
109     pLab[0] = ptot*fCosx;
110     pLab[1] = ptot*fCosy;
111     pLab[2] = ptot*fCosz;
112   }
113   else{
114     Float_t scang = 2*TMath::ATan(TMath::Exp(-(fPseudoRapidity)));
115     pLab[0] = -ptot*TMath::Sin(scang);
116     pLab[1] = 0.;
117     pLab[2] = ptot*TMath::Cos(scang);
118   }
119   for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];  
120   if(fDebugOpt == 1){
121     printf("\n\n                Particle momentum before divergence and crossing\n");
122     for(i=0; i<=2; i++)printf("         pLab[%d] = %f\n",i,pLab[i]);
123   }
124   
125   // Beam divergence and crossing angle
126   if(fBeamCrossAngle!=0.) {
127     BeamDivCross(1,fBeamDiv,fBeamCrossAngle,fBeamCrossPlane,pLab);
128     for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];
129   }
130   if(fBeamDiv!=0.) {
131     BeamDivCross(0,fBeamDiv,fBeamCrossAngle,fBeamCrossPlane,pLab);
132     for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];
133   }
134
135   // If required apply the Fermi momentum
136   if(fFermiflag==1){
137     if((fIpart==kProton) || (fIpart==kNeutron))
138       ExtractFermi(fIpart,fPp,fProbintp,fProbintn,ddp);
139     mass=gAlice->PDGDB()->GetParticle(fIpart)->Mass();
140     fP0 = TMath::Sqrt(fP[0]*fP[0]+fP[1]*fP[1]+fP[2]*fP[2]+mass*mass);
141     for(i=0; i<=2; i++) dddp[i] = ddp[i];
142     dddp0 = TMath::Sqrt(dddp[0]*dddp[0]+dddp[1]*dddp[1]+dddp[2]*dddp[2]+mass*mass);
143     
144     TVector3 b(fP[0]/fP0, fP[1]/fP0, fP[2]/fP0);
145     TLorentzVector pFermi(dddp[0], dddp[1], dddp[2], dddp0);
146
147     pFermi.Boost(b);
148     for(i=0; i<=2; i++){
149        fBoostP[i] = pFermi[i];
150        fP[i] = pFermi[i];
151     }
152
153   }
154   
155   for(i=0; i<=2; i++) fPTrack[i] = fP[i];
156       
157   Float_t polar[3] = {0,0,0};
158   gAlice->GetMCApp()->PushTrack(fTrackIt,-1,fIpart,fPTrack,fOrigin.GetArray(),polar,0,
159                    kPPrimary,nt);
160   // -----------------------------------------------------------------------
161   if(fDebugOpt == 1){
162     printf("\n\n                Track momentum:\n");
163     printf("\n   fPTrack = %f, %f, %f \n",fPTrack[0],fPTrack[1],fPTrack[2]);
164   }
165   else if(fDebugOpt == 2){
166     FILE *file;
167     if((file = fopen("SpectMomentum.dat","a")) == NULL){
168       printf("Cannot open file  SpectMomentum.dat\n");
169       return;
170     }
171     fprintf(file," %f \t %f \t %f \n",fPTrack[0],fPTrack[1],fPTrack[2]);
172     fclose(file);
173   }
174     
175 }
176
177 //_____________________________________________________________________________
178 void AliGenZDC::FermiTwoGaussian(Float_t A, Double_t *fPp, 
179                 Double_t *fProbintp, Double_t *fProbintn)
180 {
181 //
182 // Momenta distributions according to the "double-gaussian"
183 // distribution (Ilinov) - equal for protons and neutrons
184 //
185
186    fProbintp[0] = 0;
187    fProbintn[0] = 0;
188    Double_t sig1 = 0.113;
189    Double_t sig2 = 0.250;
190    Double_t alfa = 0.18*(TMath::Power((A/12.),(Float_t)1/3));
191    Double_t xk = (2*k2PI)/((1.+alfa)*(TMath::Power(k2PI,1.5)));
192    
193    for(Int_t i=1; i<=200; i++){
194       Double_t p = i*0.005;
195       fPp[i] = p;
196       Double_t e1 = (p*p)/(2.*sig1*sig1);
197       Double_t e2 = (p*p)/(2.*sig2*sig2);
198       Double_t f1 = TMath::Exp(-(e1));
199       Double_t f2 = TMath::Exp(-(e2));
200       Double_t probp = xk*p*p*(f1/(TMath::Power(sig1,3.))+
201                       alfa*f2/(TMath::Power(sig2,3.)))*0.005;
202       fProbintp[i] = fProbintp[i-1] + probp;
203       fProbintn[i] = fProbintp[i];
204    }
205    if(fDebugOpt == 1){
206      printf("\n\n               Initialization of Fermi momenta distribution \n");
207      //for(Int_t i=0; i<=200; i++)
208      //   printf(" fProbintp[%d] = %f, fProbintn[%d] = %f\n",i,fProbintp[i],i,fProbintn[i]);
209    }
210
211 //_____________________________________________________________________________
212 void AliGenZDC::ExtractFermi(Int_t id, Double_t *fPp, Double_t *fProbintp,
213                 Double_t *fProbintn, Double_t *ddp)
214 {
215 //
216 // Compute Fermi momentum for spectator nucleons
217 //
218   
219   Int_t i;
220   Float_t xx = gRandom->Rndm();
221   assert ( id==kProton || id==kNeutron );
222   if(id==kProton){
223     for(i=1; i<=200; i++){
224        if((xx>=fProbintp[i-1]) && (xx<fProbintp[i])) break;
225        }
226   }
227   else {
228     for(i=0; i<=200; i++){
229        if((xx>=fProbintn[i-1]) && (xx<fProbintn[i])) break;
230        }
231    }
232          Float_t pext = fPp[i]+0.001;
233          Float_t phi = k2PI*(gRandom->Rndm());
234          Float_t cost = (1.-2.*(gRandom->Rndm()));
235          Float_t tet = TMath::ACos(cost);
236          ddp[0] = pext*TMath::Sin(tet)*TMath::Cos(phi);
237          ddp[1] = pext*TMath::Sin(tet)*TMath::Sin(phi);
238          ddp[2] = pext*cost;
239
240   if(fDebugOpt == 1){
241     printf("\n\n                Extraction of Fermi momentum\n");
242     printf("\n  pxFermi = %f  pyFermi = %f  pzFermi = %f \n",ddp[0],ddp[1],ddp[2]); 
243   }
244 }
245
246 //_____________________________________________________________________________
247 void AliGenZDC::BeamDivCross(Int_t icross, Float_t fBeamDiv, Float_t fBeamCrossAngle, 
248                 Int_t fBeamCrossPlane, Double_t *pLab)
249 {
250   // Applying beam divergence and crossing angle
251   //
252   Double_t tetpart, fipart, tetdiv=0, fidiv=0, angleSum[2], tetsum, fisum;
253   Double_t rvec;
254
255   Double_t pmq = 0.;
256   Int_t i;
257   for(i=0; i<=2; i++) pmq = pmq+pLab[i]*pLab[i];
258   Double_t pmod = TMath::Sqrt(pmq);
259
260   if(icross==0){      // ##### Beam divergence
261     rvec = gRandom->Gaus(0.0,1.0);
262     tetdiv = fBeamDiv * TMath::Abs(rvec);
263     fidiv = (gRandom->Rndm())*k2PI;
264   }
265   else if(icross==1){ // ##### Crossing angle
266     if(fBeamCrossPlane==0.){
267       tetdiv = 0.;
268       fidiv = 0.;
269     }
270     else if(fBeamCrossPlane==1.){     // Horizontal crossing plane
271       tetdiv = fBeamCrossAngle;
272       fidiv = 0.;
273     }
274     else if(fBeamCrossPlane==2.){     // Vertical crossing plane
275       tetdiv = fBeamCrossAngle;
276       fidiv = k2PI/4.;
277     }
278   }
279
280   tetpart = TMath::ATan2(TMath::Sqrt(pLab[0]*pLab[0]+pLab[1]*pLab[1]),pLab[2]);
281   if(pLab[1]!=0. || pLab[0]!=0.) fipart = TMath::ATan2(pLab[1],pLab[0]);
282   else fipart = 0.;
283   if(fipart<0.) {fipart = fipart+k2PI;}
284   tetdiv = tetdiv*kRaddeg;
285   fidiv = fidiv*kRaddeg;
286   tetpart = tetpart*kRaddeg;
287   fipart = fipart*kRaddeg;
288   AddAngle(tetpart,fipart,tetdiv,fidiv,angleSum);
289   tetsum = angleSum[0];
290   fisum  = angleSum[1];
291   tetsum = tetsum*kDegrad;
292   fisum = fisum*kDegrad;
293   pLab[0] = pmod*TMath::Sin(tetsum)*TMath::Cos(fisum);
294   pLab[1] = pmod*TMath::Sin(tetsum)*TMath::Sin(fisum);
295   pLab[2] = pmod*TMath::Cos(tetsum);
296   if(fDebugOpt == 1){
297     if(icross==0) printf("\n\n          Beam divergence \n");
298     else          printf("\n\n          Beam crossing \n");
299     for(i=0; i<=2; i++)printf("         pLab[%d] = %f\n",i,pLab[i]);
300   }
301 }
302   
303 //_____________________________________________________________________________
304 void  AliGenZDC::AddAngle(Double_t theta1, Double_t phi1, Double_t theta2,
305                Double_t phi2, Double_t *angleSum)
306
307   // Calculating the sum of 2 angles
308   Double_t temp, conv, cx, cy, cz, ct1, st1, ct2, st2, cp1, sp1, cp2, sp2;
309   Double_t rtetsum, tetsum, fisum;
310   
311   temp = -1.;
312   conv = 180./TMath::ACos(temp);
313   
314   ct1 = TMath::Cos(theta1/conv);
315   st1 = TMath::Sin(theta1/conv);
316   cp1 = TMath::Cos(phi1/conv);
317   sp1 = TMath::Sin(phi1/conv);
318   ct2 = TMath::Cos(theta2/conv);
319   st2 = TMath::Sin(theta2/conv);
320   cp2 = TMath::Cos(phi2/conv);
321   sp2 = TMath::Sin(phi2/conv);
322   cx = ct1*cp1*st2*cp2+st1*cp1*ct2-sp1*st2*sp2;
323   cy = ct1*sp1*st2*cp2+st1*sp1*ct2+cp1*st2*sp2;
324   cz = ct1*ct2-st1*st2*cp2;
325   
326   rtetsum = TMath::ACos(cz);
327   tetsum = conv*rtetsum;
328   if(tetsum==0. || tetsum==180.){
329     fisum = 0.;
330     return;
331   }
332   temp = cx/TMath::Sin(rtetsum);
333   if(temp>1.) temp=1.;
334   if(temp<-1.) temp=-1.;
335   fisum = conv*TMath::ACos(temp);
336   if(cy<0) {fisum = 360.-fisum;}
337   angleSum[0] = tetsum;
338   angleSum[1] = fisum;
339 }  
340