source: trunk/source/processes/hadronic/models/high_energy/src/G4HEKaonMinusInelastic.cc @ 962

Last change on this file since 962 was 962, checked in by garnier, 15 years ago

update processes
File size: 22.5 KB
Line 
1//
2// ********************************************************************
3// * License and Disclaimer                                           *
4// *                                                                  *
5// * The  Geant4 software  is  copyright of the Copyright Holders  of *
6// * the Geant4 Collaboration.  It is provided  under  the terms  and *
7// * conditions of the Geant4 Software License,  included in the file *
8// * LICENSE and available at  http://cern.ch/geant4/license .  These *
9// * include a list of copyright holders.                             *
10// *                                                                  *
11// * Neither the authors of this software system, nor their employing *
12// * institutes,nor the agencies providing financial support for this *
13// * work  make  any representation or  warranty, express or implied, *
14// * regarding  this  software system or assume any liability for its *
15// * use.  Please see the license in the file  LICENSE  and URL above *
16// * for the full disclaimer and the limitation of liability.         *
17// *                                                                  *
18// * This  code  implementation is the result of  the  scientific and *
19// * technical work of the GEANT4 collaboration.                      *
20// * By using,  copying,  modifying or  distributing the software (or *
21// * any work based  on the software)  you  agree  to acknowledge its *
22// * use  in  resulting  scientific  publications,  and indicate your *
23// * acceptance of all terms of the Geant4 Software license.          *
24// ********************************************************************
25//
26//
27// $Id: G4HEKaonMinusInelastic.cc,v 1.14 2008/03/17 20:49:17 dennis Exp $
28// GEANT4 tag $Name: geant4-09-02-ref-02 $
29//
30//
31
32#include "globals.hh"
33#include "G4ios.hh"
34
35//
36// G4 Process: Gheisha High Energy Collision model.
37// This includes the high energy cascading model, the two-body-resonance model
38// and the low energy two-body model. Not included are the low energy stuff
39// like nuclear reactions, nuclear fission without any cascading and all
40// processes for particles at rest. 
41// First work done by J.L.Chuma and F.W.Jones, TRIUMF, June 96. 
42// H. Fesefeldt, RWTH-Aachen, 23-October-1996
43// Last modified: 29-July-1998
44 
45#include "G4HEKaonMinusInelastic.hh"
46
47G4HadFinalState *  G4HEKaonMinusInelastic::
48ApplyYourself( const G4HadProjectile &aTrack, G4Nucleus &targetNucleus )
49  {
50    G4HEVector * pv = new G4HEVector[MAXPART];
51    const G4HadProjectile *aParticle = &aTrack;
52//    G4DynamicParticle *originalTarget = targetNucleus.ReturnTargetParticle();
53    const G4double A = targetNucleus.GetN();
54    const G4double Z = targetNucleus.GetZ();
55    G4HEVector incidentParticle(aParticle);
56     
57    G4double atomicNumber = Z;
58    G4double atomicWeight = A;
59
60    G4int    incidentCode          = incidentParticle.getCode();
61    G4double incidentMass          = incidentParticle.getMass();
62    G4double incidentTotalEnergy   = incidentParticle.getEnergy();
63    G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
64    G4double incidentKineticEnergy = incidentTotalEnergy - incidentMass;
65
66    if(incidentKineticEnergy < 1.)
67      { 
68        G4cout << "GHEKaonMinusInelastic: incident energy < 1 GeV" << G4endl;
69      }
70    if(verboseLevel > 1)
71      {
72        G4cout << "G4HEKaonMinusInelastic::ApplyYourself" << G4endl;
73        G4cout << "incident particle " << incidentParticle.getName()
74             << "mass "              << incidentMass
75             << "kinetic energy "    << incidentKineticEnergy
76             << G4endl;
77        G4cout << "target material with (A,Z) = (" 
78             << atomicWeight << "," << atomicNumber << ")" << G4endl;
79      }
80
81    G4double inelasticity  = NuclearInelasticity(incidentKineticEnergy, 
82                                                 atomicWeight, atomicNumber);
83    if(verboseLevel > 1)
84        G4cout << "nuclear inelasticity = " << inelasticity << G4endl;
85
86    incidentKineticEnergy -= inelasticity;
87   
88    G4double excitationEnergyGNP = 0.;
89    G4double excitationEnergyDTA = 0.; 
90
91    G4double excitation    = NuclearExcitation(incidentKineticEnergy,
92                                               atomicWeight, atomicNumber,
93                                               excitationEnergyGNP,
94                                               excitationEnergyDTA);
95    if(verboseLevel > 1)
96      G4cout << "nuclear excitation = " << excitation << excitationEnergyGNP
97           << excitationEnergyDTA << G4endl;             
98
99
100    incidentKineticEnergy -= excitation;
101    incidentTotalEnergy    = incidentKineticEnergy + incidentMass;
102    incidentTotalMomentum  = std::sqrt( (incidentTotalEnergy-incidentMass)                   
103                                  *(incidentTotalEnergy+incidentMass));
104
105
106    G4HEVector targetParticle;
107    if(G4UniformRand() < atomicNumber/atomicWeight)
108      { 
109        targetParticle.setDefinition("Proton");
110      }
111    else
112      { 
113        targetParticle.setDefinition("Neutron");
114      }
115
116    G4double targetMass         = targetParticle.getMass();
117    G4double centerOfMassEnergy = std::sqrt( incidentMass*incidentMass + targetMass*targetMass
118                                       + 2.0*targetMass*incidentTotalEnergy);
119    G4double availableEnergy    = centerOfMassEnergy - targetMass - incidentMass;
120
121                                                                // this was the meaning of inElastic in the
122                                                                // original Gheisha stand-alone version.
123//    G4bool   inElastic          = InElasticCrossSectionInFirstInt
124//                                    (availableEnergy, incidentCode, incidentTotalMomentum); 
125                                                                // by unknown reasons, it has been replaced
126                                                                // to the following code in Geant???
127    G4bool inElastic = true;
128//    if (G4UniformRand() < elasticCrossSection/totalCrossSection) inElastic = false;   
129
130
131    vecLength  = 0;           
132       
133    if(verboseLevel > 1)
134      G4cout << "ApplyYourself: CallFirstIntInCascade for particle "
135           << incidentCode << G4endl;
136
137    G4bool successful = false; 
138   
139    if(inElastic || (!inElastic && atomicWeight < 1.5))
140      { 
141        FirstIntInCasKaonMinus(inElastic, availableEnergy, pv, vecLength,
142                               incidentParticle, targetParticle);
143
144        if(verboseLevel > 1)
145           G4cout << "ApplyYourself::StrangeParticlePairProduction" << G4endl; 
146
147
148        if ((vecLength > 0) && (availableEnergy > 1.)) 
149                   StrangeParticlePairProduction( availableEnergy, centerOfMassEnergy,
150                                                  pv, vecLength,
151                                                  incidentParticle, targetParticle);
152            HighEnergyCascading( successful, pv, vecLength,
153                                 excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
154                                 incidentParticle, targetParticle,
155                                 atomicWeight, atomicNumber);
156        if (!successful)
157            HighEnergyClusterProduction( successful, pv, vecLength,
158                                         excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
159                                         incidentParticle, targetParticle,
160                                         atomicWeight, atomicNumber);
161        if (!successful) 
162            MediumEnergyCascading( successful, pv, vecLength, 
163                                   excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA, 
164                                   incidentParticle, targetParticle,
165                                   atomicWeight, atomicNumber);
166
167        if (!successful)
168            MediumEnergyClusterProduction( successful, pv, vecLength,
169                                           excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,       
170                                           incidentParticle, targetParticle,
171                                           atomicWeight, atomicNumber);
172        if (!successful)
173            QuasiElasticScattering( successful, pv, vecLength,
174                                    excitationEnergyGNP, excitationEnergyDTA,
175                                    incidentParticle, targetParticle, 
176                                    atomicWeight, atomicNumber);
177      }
178    if (!successful)
179      { 
180            ElasticScattering( successful, pv, vecLength,
181                               incidentParticle,   
182                               atomicWeight, atomicNumber);
183      }
184
185    if (!successful)
186      { 
187        G4cout << "GHEInelasticInteraction::ApplyYourself fails to produce final state particles" << G4endl;
188      }
189      FillParticleChange(pv,  vecLength);
190      delete [] pv;
191      theParticleChange.SetStatusChange(stopAndKill);
192      return & theParticleChange;
193  }
194
195void
196  G4HEKaonMinusInelastic::FirstIntInCasKaonMinus( G4bool &inElastic,
197                                                  const G4double availableEnergy,
198                                                  G4HEVector pv[],
199                                                  G4int &vecLen,
200                                                  G4HEVector incidentParticle,
201                                                  G4HEVector targetParticle)
202
203// Kaon- undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
204// energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear excitation
205// occurs and input particle is degraded in energy. No other particles are produced.
206// If reaction is possible, find the correct number of pions/protons/neutrons
207// produced using an interpolation to multiplicity data.  Replace some pions or
208// protons/neutrons by kaons or strange baryons according to the average
209// multiplicity per inelastic reaction.
210
211 {
212   static const G4double expxu =  std::log(MAXFLOAT); // upper bound for arg. of exp
213   static const G4double expxl = -expxu;         // lower bound for arg. of exp
214
215   static const G4double protb = 0.7;
216   static const G4double neutb = 0.7;
217   static const G4double     c = 1.25;
218
219   static const G4int   numMul = 1200;
220   static const G4int   numSec = 60;
221
222   G4int              neutronCode = Neutron.getCode();
223   G4int               protonCode = Proton.getCode();
224   G4int            kaonMinusCode = KaonMinus.getCode();
225   G4int             kaonZeroCode = KaonZero.getCode();
226   G4int         antiKaonZeroCode = AntiKaonZero.getCode(); 
227
228   G4int               targetCode = targetParticle.getCode();
229//   G4double          incidentMass = incidentParticle.getMass();
230//   G4double        incidentEnergy = incidentParticle.getEnergy();
231   G4double incidentTotalMomentum = incidentParticle.getTotalMomentum();
232
233   static G4bool first = true;
234   static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec];  // proton constants
235   static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec];  // neutron constants
236
237//                                misc. local variables
238//                                np = number of pi+,  nm = number of pi-,  nz = number of pi0
239
240   G4int i, counter, nt, np, nm, nz;
241
242   if( first ) 
243     {                         // compute normalization constants, this will only be done once
244       first = false;
245       for( i=0; i<numMul; i++ )protmul[i]  = 0.0;
246       for( i=0; i<numSec; i++ )protnorm[i] = 0.0;
247       counter = -1;
248       for( np=0; np<(numSec/3); np++ ) 
249          {
250            for( nm=Imax(0,np-1); nm<=np+1; nm++ ) 
251               {
252                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
253                    {
254                      if( ++counter < numMul ) 
255                        {
256                          nt = np+nm+nz;
257                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
258                            {
259                              protmul[counter] =
260                                    pmltpc(np,nm,nz,nt,protb,c) ;
261                              protnorm[nt-1] += protmul[counter];
262                            }
263                        }
264                    }
265               }
266          }
267       for( i=0; i<numMul; i++ )neutmul[i]  = 0.0;
268       for( i=0; i<numSec; i++ )neutnorm[i] = 0.0;
269       counter = -1;
270       for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
271          {
272            for( nm=np; nm<=(np+2); nm++ ) 
273               {
274                 for( nz=0; nz<numSec/3; nz++ ) 
275                    {
276                      if( ++counter < numMul ) 
277                        {
278                          nt = np+nm+nz;
279                          if( (nt>0) && (nt<=numSec) ) 
280                            {
281                               neutmul[counter] =
282                                      pmltpc(np,nm,nz,nt,neutb,c);
283                               neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
284                            }
285                        }
286                    }
287               }
288          }
289       for( i=0; i<numSec; i++ ) 
290          {
291            if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
292            if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
293          }
294     }                                          // end of initialization
295
296         
297                                              // initialize the first two places
298                                              // the same as beam and target                                   
299   pv[0] = incidentParticle;
300   pv[1] = targetParticle;
301   vecLen = 2;
302
303   if (!inElastic || (availableEnergy <= PionPlus.getMass())) 
304      return;
305
306                                       
307//                                            inelastic scattering
308
309   np = 0, nm = 0, nz = 0;
310   G4double cech[] = { 1., 1., 1., 0.70, 0.60, 0.55, 0.35, 0.25, 0.18, 0.15};
311   G4int iplab = G4int( incidentTotalMomentum*5.);
312   if( (iplab < 10) && (G4UniformRand() < cech[iplab])) 
313     {
314       G4int     iplab = Imin(19, G4int( incidentTotalMomentum*5.));
315       G4double cnk0[] = {0.17, 0.18, 0.17, 0.24, 0.26, 0.20, 0.22, 0.21, 0.34, 0.45,
316                          0.58, 0.55, 0.36, 0.29, 0.29, 0.32, 0.32, 0.33, 0.33, 0.33};
317       if( G4UniformRand() < cnk0[iplab] )
318         {
319           if( targetCode == protonCode )
320             {
321               pv[0] = AntiKaonZero;
322               pv[1] = Neutron;
323               return;
324             }
325           else
326             {
327               return;
328             }
329         }
330       G4double ran = G4UniformRand();
331       if( targetCode == protonCode )                    // target is a proton
332         {
333           if( ran < 0.25 )
334             { 
335               pv[0] = PionMinus;
336               pv[1] = SigmaPlus;
337             } 
338           else if (ran < 0.50)
339             {
340               pv[0] = PionZero;
341               pv[1] = SigmaZero;
342             }
343           else if (ran < 0.75)
344             { 
345               pv[0] = PionPlus;
346               pv[1] = SigmaMinus;
347             }
348           else
349             {
350               pv[0] = PionZero;
351               pv[1] = Lambda;
352             }
353         } 
354       else 
355         {                                               // target is a neutron
356           if( ran < 0.25 )
357             { 
358             } 
359           else if (ran < 0.50)
360             {
361               pv[0] = PionMinus;
362               pv[1] = SigmaZero;
363             }
364           else if (ran < 0.75)
365             { 
366               pv[0] = PionZero;
367               pv[1] = SigmaMinus;
368             }
369           else
370             {
371               pv[0] = PionMinus;
372               pv[1] = Lambda;
373             }
374         }
375       return;
376     }
377   else
378     {
379//                    number of total particles vs. centre of mass Energy - 2*proton mass
380   
381       G4double aleab = std::log(availableEnergy);
382       G4double n     = 3.62567+aleab*(0.665843+aleab*(0.336514
383                    + aleab*(0.117712+0.0136912*aleab))) - 2.0;
384   
385//                    normalization constant for kno-distribution.
386//                    calculate first the sum of all constants, check for numerical problems.   
387       G4double test, dum, anpn = 0.0;
388
389       for (nt=1; nt<=numSec; nt++) {
390         test = std::exp( Amin( expxu, Amax( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
391         dum = pi*nt/(2.0*n*n);
392         if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
393           if( test >= 1.0e-10 )anpn += dum*test;
394         } else { 
395           anpn += dum*test;
396         }
397       }
398   
399       G4double ran = G4UniformRand();
400       G4double excs = 0.0;
401       if( targetCode == protonCode ) 
402         {
403           counter = -1;
404           for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
405              {
406                for( nm=Imax(0,np-1); nm<=np+1; nm++ ) 
407                   {
408                     for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
409                       if (++counter < numMul) {
410                         nt = np+nm+nz;
411                         if ( (nt>0) && (nt<=numSec) ) {
412                           test = std::exp( Amin( expxu, Amax( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
413                           dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
414                           if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
415                             if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
416                           } else { 
417                             excs += dum*test;
418                           }
419
420                           if (ran < excs) goto outOfLoop;      //----------------------->
421                         }   
422                       }   
423                     }     
424                   }                                                                                 
425              }
426       
427                                  // 3 previous loops continued to the end
428           inElastic = false;     // quasi-elastic scattering   
429           return;
430         }
431       else   
432         {                                         // target must be a neutron
433           counter = -1;
434           for( np=0; np<numSec/3; np++ ) 
435              {
436                for( nm=np; nm<=(np+2); nm++ ) 
437                   {
438                     for (nz=0; nz<numSec/3; nz++) {
439                       if (++counter < numMul) {
440                         nt = np+nm+nz;
441                         if ( (nt>=1) && (nt<=numSec) ) {
442                           test = std::exp( Amin( expxu, Amax( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
443                           dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
444                           if (std::fabs(dum) < 1.0) { 
445                             if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
446                           } else { 
447                             excs += dum*test;
448                           }
449                           if (ran < excs) goto outOfLoop;       // -------------------------->
450                         }
451                       }
452                     }
453                   }
454              }
455                                 // 3 previous loops continued to the end
456           inElastic = false;    // quasi-elastic scattering.
457           return;
458         }
459     } 
460   outOfLoop:           //  <---------------------------------------------   
461   
462   if( targetCode == protonCode)
463     {
464       if( np == (1+nm))
465         {
466           pv[1] = Neutron;
467         }
468       else if (np == nm)
469         {
470           if( G4UniformRand() < 0.75)
471             {
472             }
473           else
474             {
475               pv[0] = AntiKaonZero;
476               pv[1] = Neutron;
477             }
478         }
479       else     
480         {
481           pv[0] = AntiKaonZero;
482         } 
483     } 
484   else
485     {
486       if( np == (nm-1))
487         {
488           if( G4UniformRand() < 0.5)
489             {
490               pv[1] = Proton;
491             }
492           else
493             {
494               pv[0] = AntiKaonZero;
495             }
496         } 
497       else if ( np == nm)
498         {
499         }
500       else
501         {
502           pv[0] = AntiKaonZero;
503           pv[1] = Proton;
504         }
505     }     
506
507   if( G4UniformRand() < 0.5 )
508     {
509       if(    (    (pv[0].getCode() == kaonMinusCode)
510                && (pv[1].getCode() == neutronCode)  )
511           || (    (pv[0].getCode() == kaonZeroCode)
512                && (pv[1].getCode() == protonCode)   )
513           || (    (pv[0].getCode() == antiKaonZeroCode)
514                && (pv[1].getCode() == protonCode)   )   )
515         {
516           G4double ran = G4UniformRand();
517           if( pv[1].getCode() == protonCode)
518             { 
519               if(ran < 0.68)
520                 {
521                   pv[0] = PionPlus;
522                   pv[1] = Lambda;
523                 }
524               else if (ran < 0.84)
525                 {
526                   pv[0] = PionZero;
527                   pv[1] = SigmaPlus;
528                 }
529               else
530                 {
531                   pv[0] = PionPlus;
532                   pv[1] = SigmaZero;
533                 }
534             }
535           else
536             {
537               if(ran < 0.68)
538                 {
539                   pv[0] = PionMinus;
540                   pv[1] = Lambda;
541                 }
542               else if (ran < 0.84)
543                 {
544                   pv[0] = PionMinus;
545                   pv[1] = SigmaZero;
546                 }
547               else
548                 {
549                   pv[0] = PionZero;
550                   pv[1] = SigmaMinus;
551                 }
552             }
553         } 
554       else
555         {
556           G4double ran = G4UniformRand();
557           if (ran < 0.67)
558              {
559                pv[0] = PionZero;
560                pv[1] = Lambda;
561              }
562           else if (ran < 0.78)
563              {
564                pv[0] = PionMinus;
565                pv[1] = SigmaPlus;
566              }
567           else if (ran < 0.89)
568              {
569                pv[0] = PionZero;
570                pv[1] = SigmaZero;
571              }
572           else
573              {
574                pv[0] = PionPlus;
575                pv[1] = SigmaMinus;
576              }
577         }
578     }
579               
580
581   nt = np + nm + nz;
582   while ( nt > 0)
583       {
584         G4double ran = G4UniformRand();
585         if ( ran < (G4double)np/nt)
586            { 
587              if( np > 0 ) 
588                { pv[vecLen++] = PionPlus;
589                  np--;
590                }
591            }
592         else if ( ran < (G4double)(np+nm)/nt)
593            {   
594              if( nm > 0 )
595                { 
596                  pv[vecLen++] = PionMinus;
597                  nm--;
598                }
599            }
600         else
601            {
602              if( nz > 0 )
603                { 
604                  pv[vecLen++] = PionZero;
605                  nz--;
606                }
607            }
608         nt = np + nm + nz;
609       } 
610   if (verboseLevel > 1)
611      {
612        G4cout << "Particles produced: " ;
613        G4cout << pv[0].getName() << " " ;
614        G4cout << pv[1].getName() << " " ;
615        for (i=2; i < vecLen; i++)   
616            { 
617              G4cout << pv[i].getName() << " " ;
618            }
619         G4cout << G4endl;
620      }
621   return;
622 }
623
624
625
626
627
628
629
630
631
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.