Updated ZDC geometry
[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 #include <assert.h>
19
20 #include <TDatabasePDG.h>
21 #include <TLorentzVector.h>
22 #include <TMCProcess.h>
23 #include <TPDGCode.h>
24 #include <TRandom.h>
25 #include <TVector3.h>
26
27 #include "AliConst.h"
28 #include "AliGenZDC.h"
29 #include "AliRun.h"
30 #include "AliMC.h"
31  
32 ClassImp(AliGenZDC)
33  
34 //_____________________________________________________________________________
35 AliGenZDC::AliGenZDC()
36    :AliGenerator()
37 {
38   //
39   // Default constructor
40   //
41   fIpart = 0;
42 }
43
44 //_____________________________________________________________________________
45 AliGenZDC::AliGenZDC(Int_t npart)
46    :AliGenerator(npart)
47 {
48   //
49   // Standard constructor
50   //
51   fName = "AliGenZDC";
52   fTitle = "Generation of Test Particles for ZDCs";
53   fIpart = kNeutron;
54   fCosx  = 0.;
55   fCosy  = 0.;
56   fCosz  = 1.;
57   fPseudoRapidity = 0.;
58   
59   fFermiflag = 1;
60   // LHC values for beam divergence and crossing angle
61   fBeamDiv = 0.000032;
62   fBeamCrossAngle = 0.0001;
63   fBeamCrossPlane = 2;
64   
65   Int_t i, j;
66   for(i=0; i<201; i++){
67      fProbintp[i] = 0;
68      fProbintn[i] = 0;
69   }
70   for(j=0; j<3; j++) fPp[i] = 0;
71   fDebugOpt = 0;
72 }
73
74 //_____________________________________________________________________________
75 void AliGenZDC::Init()
76 {
77   printf("\n\n          AliGenZDC initialization:\n");
78   printf("   Particle: %d, Track cosines: x = %f, y = %f, z = %f \n", 
79          fIpart,fCosx,fCosy,fCosz);
80   printf("   Fermi flag = %d, Beam divergence = %f, Crossing angle "
81          "= %f, Crossing plane = %d\n\n", fFermiflag, fBeamDiv, fBeamCrossAngle,
82          fBeamCrossPlane);
83
84   //Initialize Fermi momentum distributions for Pb-Pb
85   FermiTwoGaussian(207.,fPp,fProbintp,fProbintn);
86 }  
87   
88 //_____________________________________________________________________________
89 void AliGenZDC::Generate()
90 {
91   //
92   // Generate one trigger (n or p)
93   //
94   Int_t i;
95
96   Double_t Mass, pLab[3], fP0, fP[3], fBoostP[3], ddp[3], dddp0, dddp[3]; 
97   Float_t  fPTrack[3], ptot = fPMin;
98   Int_t nt;
99   
100   if(fPseudoRapidity==0.){ 
101     pLab[0] = ptot*fCosx;
102     pLab[1] = ptot*fCosy;
103     pLab[2] = ptot*fCosz;
104   }
105   else{
106     Float_t scang = 2*TMath::ATan(TMath::Exp(-(fPseudoRapidity)));
107     pLab[0] = -ptot*TMath::Sin(scang);
108     pLab[1] = 0.;
109     pLab[2] = ptot*TMath::Cos(scang);
110   }
111   for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];  
112   if(fDebugOpt == 1){
113     printf("\n\n                Particle momentum before divergence and crossing\n");
114     for(i=0; i<=2; i++)printf("         pLab[%d] = %f\n",i,pLab[i]);
115   }
116   
117   // Beam divergence and crossing angle
118   if(fBeamCrossAngle!=0.) {
119     BeamDivCross(1,fBeamDiv,fBeamCrossAngle,fBeamCrossPlane,pLab);
120     for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];
121   }
122   if(fBeamDiv!=0.) {
123     BeamDivCross(0,fBeamDiv,fBeamCrossAngle,fBeamCrossPlane,pLab);
124     for(i=0; i<=2; i++) fP[i] = pLab[i];
125   }
126
127   // If required apply the Fermi momentum
128   if(fFermiflag==1){
129     if((fIpart==kProton) || (fIpart==kNeutron))
130       ExtractFermi(fIpart,fPp,fProbintp,fProbintn,ddp);
131     Mass=gAlice->PDGDB()->GetParticle(fIpart)->Mass();
132     fP0 = TMath::Sqrt(fP[0]*fP[0]+fP[1]*fP[1]+fP[2]*fP[2]+Mass*Mass);
133     for(i=0; i<=2; i++) dddp[i] = ddp[i];
134     dddp0 = TMath::Sqrt(dddp[0]*dddp[0]+dddp[1]*dddp[1]+dddp[2]*dddp[2]+Mass*Mass);
135     
136     TVector3 b(fP[0]/fP0, fP[1]/fP0, fP[2]/fP0);
137     TLorentzVector pFermi(dddp[0], dddp[1], dddp[2], dddp0);
138
139     pFermi.Boost(b);
140     for(i=0; i<=2; i++){
141        fBoostP[i] = pFermi[i];
142        fP[i] = pFermi[i];
143     }
144
145   }
146   
147   for(i=0; i<=2; i++) fPTrack[i] = fP[i];
148       
149   Float_t polar[3] = {0,0,0};
150   gAlice->GetMCApp()->PushTrack(fTrackIt,-1,fIpart,fPTrack,fOrigin.GetArray(),polar,0,
151                    kPPrimary,nt);
152   if(fDebugOpt == 1){
153     printf("\n\n                Track momentum:\n");
154     printf("\n   fPTrack = %f, %f, %f \n",fPTrack[0],fPTrack[1],fPTrack[2]);
155   }
156 }
157
158 //_____________________________________________________________________________
159 void AliGenZDC::FermiTwoGaussian(Float_t A, Double_t *fPp, 
160                 Double_t *fProbintp, Double_t *fProbintn)
161 {
162 //
163 // Momenta distributions according to the "double-gaussian"
164 // distribution (Ilinov) - equal for protons and neutrons
165 //
166
167    fProbintp[0] = 0;
168    fProbintn[0] = 0;
169    Double_t sig1 = 0.113;
170    Double_t sig2 = 0.250;
171    Double_t alfa = 0.18*(TMath::Power((A/12.),(Float_t)1/3));
172    Double_t xk = (2*k2PI)/((1.+alfa)*(TMath::Power(k2PI,1.5)));
173    
174    for(Int_t i=1; i<=200; i++){
175       Double_t p = i*0.005;
176       fPp[i] = p;
177       Double_t e1 = (p*p)/(2.*sig1*sig1);
178       Double_t e2 = (p*p)/(2.*sig2*sig2);
179       Double_t f1 = TMath::Exp(-(e1));
180       Double_t f2 = TMath::Exp(-(e2));
181       Double_t probp = xk*p*p*(f1/(TMath::Power(sig1,3.))+
182                       alfa*f2/(TMath::Power(sig2,3.)))*0.005;
183       fProbintp[i] = fProbintp[i-1] + probp;
184       fProbintn[i] = fProbintp[i];
185    }
186    if(fDebugOpt == 1){
187      printf("\n\n               Initialization of Fermi momenta distribution \n");
188      //for(Int_t i=0; i<=200; i++)
189      //   printf(" fProbintp[%d] = %f, fProbintn[%d] = %f\n",i,fProbintp[i],i,fProbintn[i]);
190    }
191
192 //_____________________________________________________________________________
193 void AliGenZDC::ExtractFermi(Int_t id, Double_t *fPp, Double_t *fProbintp,
194                 Double_t *fProbintn, Double_t *ddp)
195 {
196 //
197 // Compute Fermi momentum for spectator nucleons
198 //
199   
200   Int_t i;
201   Float_t xx = gRandom->Rndm();
202   assert ( id==kProton || id==kNeutron );
203   if(id==kProton){
204     for(i=1; i<=200; i++){
205        if((xx>=fProbintp[i-1]) && (xx<fProbintp[i])) break;
206        }
207   }
208   else {
209     for(i=0; i<=200; i++){
210        if((xx>=fProbintn[i-1]) && (xx<fProbintn[i])) break;
211        }
212    }
213          Float_t pext = fPp[i]+0.001;
214          Float_t phi = k2PI*(gRandom->Rndm());
215          Float_t cost = (1.-2.*(gRandom->Rndm()));
216          Float_t tet = TMath::ACos(cost);
217          ddp[0] = pext*TMath::Sin(tet)*TMath::Cos(phi);
218          ddp[1] = pext*TMath::Sin(tet)*TMath::Sin(phi);
219          ddp[2] = pext*cost;
220
221   if(fDebugOpt == 1){
222     printf("\n\n                Extraction of Fermi momentum\n");
223     printf("\n  pxFermi = %f  pyFermi = %f  pzFermi = %f \n",ddp[0],ddp[1],ddp[2]); 
224   }
225 }
226
227 //_____________________________________________________________________________
228 void AliGenZDC::BeamDivCross(Int_t icross, Float_t fBeamDiv, Float_t fBeamCrossAngle, 
229                 Int_t fBeamCrossPlane, Double_t *pLab)
230 {
231   Double_t tetpart, fipart, tetdiv=0, fidiv=0, angleSum[2], tetsum, fisum;
232   Double_t rvec;
233
234   Int_t sign=0;
235   if(pLab[2]>=0.)  sign=1;
236   else sign=-1;
237   Double_t pmq = 0.;
238   Int_t i;
239   for(i=0; i<=2; i++) pmq = pmq+pLab[i]*pLab[i];
240   Double_t pmod = TMath::Sqrt(pmq);
241
242   if(icross==0){
243     rvec = gRandom->Gaus(0.0,1.0);
244     tetdiv = fBeamDiv * TMath::Abs(rvec);
245     fidiv = (gRandom->Rndm())*k2PI;
246   }
247   else if(icross==1){
248     if(fBeamCrossPlane==0.){
249       tetdiv = 0.;
250       fidiv = 0.;
251     }
252     else if(fBeamCrossPlane==1.){
253       tetdiv = fBeamCrossAngle;
254       fidiv = 0.;
255     }
256     else if(fBeamCrossPlane==2.){
257       tetdiv = fBeamCrossAngle;
258       fidiv = k2PI/4.;
259     }
260   }
261
262   tetpart = TMath::ATan(TMath::Sqrt(pLab[0]*pLab[0]+pLab[1]*pLab[1])/pLab[2]);
263   if(pLab[1]!=0. || pLab[0]!=0.) fipart = TMath::ATan2(pLab[1],pLab[0]);
264   else fipart = 0.;
265   if(fipart<0.) {fipart = fipart+k2PI;}
266   tetdiv = tetdiv*kRaddeg;
267   fidiv = fidiv*kRaddeg;
268   tetpart = tetpart*kRaddeg;
269   fipart = fipart*kRaddeg;
270   AddAngle(tetpart,fipart,tetdiv,fidiv,angleSum);
271   tetsum = angleSum[0];
272   fisum  = angleSum[1];
273   tetsum = tetsum*kDegrad;
274   fisum = fisum*kDegrad;
275   pLab[0] = pmod*TMath::Sin(tetsum)*TMath::Cos(fisum);
276   pLab[1] = pmod*TMath::Sin(tetsum)*TMath::Sin(fisum);
277   if(sign==1) pLab[2] = pmod*TMath::Cos(tetsum);
278   else pLab[2] = -pmod*TMath::Cos(tetsum);
279   if(fDebugOpt == 1){
280     printf("\n\n                Beam divergence and crossing angle\n");
281     for(i=0; i<=2; i++)printf("         pLab[%d] = %f\n",i,pLab[i]);
282   }
283 }
284   
285 //_____________________________________________________________________________
286 void  AliGenZDC::AddAngle(Double_t theta1, Double_t phi1, Double_t theta2,
287                Double_t phi2, Double_t *angleSum)
288 {
289   Double_t temp, conv, cx, cy, cz, ct1, st1, ct2, st2, cp1, sp1, cp2, sp2;
290   Double_t rtetsum, tetsum, fisum;
291   
292   temp = -1.;
293   conv = 180./TMath::ACos(temp);
294   
295   ct1 = TMath::Cos(theta1/conv);
296   st1 = TMath::Sin(theta1/conv);
297   cp1 = TMath::Cos(phi1/conv);
298   sp1 = TMath::Sin(phi1/conv);
299   ct2 = TMath::Cos(theta2/conv);
300   st2 = TMath::Sin(theta2/conv);
301   cp2 = TMath::Cos(phi2/conv);
302   sp2 = TMath::Sin(phi2/conv);
303   cx = ct1*cp1*st2*cp2+st1*cp1*ct2-sp1*st2*sp2;
304   cy = ct1*sp1*st2*cp2+st1*sp1*ct2+cp1*st2*sp2;
305   cz = ct1*ct2-st1*st2*cp2;
306   
307   rtetsum = TMath::ACos(cz);
308   tetsum = conv*rtetsum;
309   if(tetsum==0. || tetsum==180.){
310     fisum = 0.;
311     return;
312   }
313   temp = cx/TMath::Sin(rtetsum);
314   if(temp>1.) temp=1.;
315   if(temp<-1.) temp=-1.;
316   fisum = conv*TMath::ACos(temp);
317   if(cy<0) {fisum = 360.-fisum;}
318   angleSum[0] = tetsum;
319   angleSum[1] = fisum;
320 }  
321