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