source: trunk/source/processes/hadronic/models/rpg/src/G4RPGAntiProtonInelastic.cc @ 1340

Last change on this file since 1340 was 1340, checked in by garnier, 14 years ago

update ti head
File size: 18.7 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// $Id: G4RPGAntiProtonInelastic.cc,v 1.1 2007/07/18 21:04:20 dennis Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-03-ref-09 $
28//
29 
30#include "G4RPGAntiProtonInelastic.hh"
31#include "Randomize.hh"
32
33G4HadFinalState*
34G4RPGAntiProtonInelastic::ApplyYourself( const G4HadProjectile &aTrack,
35                                          G4Nucleus &targetNucleus )
36{ 
37  const G4HadProjectile* originalIncident = &aTrack;
38
39  if (originalIncident->GetKineticEnergy() <= 0.1*MeV) {
40    theParticleChange.SetStatusChange(isAlive);
41    theParticleChange.SetEnergyChange(aTrack.GetKineticEnergy());
42    theParticleChange.SetMomentumChange(aTrack.Get4Momentum().vect().unit());
43    return &theParticleChange;
44  }
45
46    //
47    // create the target particle
48    //
49    G4DynamicParticle *originalTarget = targetNucleus.ReturnTargetParticle();
50   
51    if( verboseLevel > 1 )
52    {
53      const G4Material *targetMaterial = aTrack.GetMaterial();
54      G4cout << "G4RPGAntiProtonInelastic::ApplyYourself called" << G4endl;
55      G4cout << "kinetic energy = " << originalIncident->GetKineticEnergy()/MeV << "MeV, ";
56      G4cout << "target material = " << targetMaterial->GetName() << ", ";
57      G4cout << "target particle = " << originalTarget->GetDefinition()->GetParticleName()
58           << G4endl;
59    }
60    //
61    // Fermi motion and evaporation
62    // As of Geant3, the Fermi energy calculation had not been Done
63    //
64    G4double ek = originalIncident->GetKineticEnergy()/MeV;
65    G4double amas = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass()/MeV;
66    G4ReactionProduct modifiedOriginal;
67    modifiedOriginal = *originalIncident;
68   
69    G4double tkin = targetNucleus.Cinema( ek );
70    ek += tkin;
71    modifiedOriginal.SetKineticEnergy( ek*MeV );
72    G4double et = ek + amas;
73    G4double p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
74    G4double pp = modifiedOriginal.GetMomentum().mag()/MeV;
75    if( pp > 0.0 )
76    {
77      G4ThreeVector momentum = modifiedOriginal.GetMomentum();
78      modifiedOriginal.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
79    }
80    //
81    // calculate black track energies
82    //
83    tkin = targetNucleus.EvaporationEffects( ek );
84    ek -= tkin;
85    modifiedOriginal.SetKineticEnergy( ek*MeV );
86    et = ek + amas;
87    p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
88    pp = modifiedOriginal.GetMomentum().mag()/MeV;
89    if( pp > 0.0 )
90    {
91      G4ThreeVector momentum = modifiedOriginal.GetMomentum();
92      modifiedOriginal.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
93    }
94    G4ReactionProduct currentParticle = modifiedOriginal;
95    G4ReactionProduct targetParticle;
96    targetParticle = *originalTarget;
97    currentParticle.SetSide( 1 ); // incident always goes in forward hemisphere
98    targetParticle.SetSide( -1 );  // target always goes in backward hemisphere
99    G4bool incidentHasChanged = false;
100    G4bool targetHasChanged = false;
101    G4bool quasiElastic = false;
102    G4FastVector<G4ReactionProduct,GHADLISTSIZE> vec;  // vec will contain the secondary particles
103    G4int vecLen = 0;
104    vec.Initialize( 0 );
105   
106    const G4double cutOff = 0.1;
107    const G4double anni = std::min( 1.3*originalIncident->GetTotalMomentum()/GeV, 0.4 );
108   
109    if( (currentParticle.GetKineticEnergy()/MeV > cutOff) ||
110        (G4UniformRand() > anni) )
111      Cascade( vec, vecLen,
112               originalIncident, currentParticle, targetParticle,
113               incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic );
114    else
115      quasiElastic = true;
116   
117    CalculateMomenta( vec, vecLen,
118                      originalIncident, originalTarget, modifiedOriginal,
119                      targetNucleus, currentParticle, targetParticle,
120                      incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic );
121   
122    SetUpChange( vec, vecLen,
123                 currentParticle, targetParticle,
124                 incidentHasChanged );
125   
126  delete originalTarget;
127  return &theParticleChange;
128}
129
130
131void G4RPGAntiProtonInelastic::Cascade(
132   G4FastVector<G4ReactionProduct,GHADLISTSIZE> &vec,
133   G4int& vecLen,
134   const G4HadProjectile *originalIncident,
135   G4ReactionProduct &currentParticle,
136   G4ReactionProduct &targetParticle,
137   G4bool &incidentHasChanged,
138   G4bool &targetHasChanged,
139   G4bool &quasiElastic )
140{
141  // Derived from H. Fesefeldt's original FORTRAN code CASPB
142  // AntiProton undergoes interaction with nucleon within a nucleus.  Check if it is
143  // energetically possible to produce pions/kaons.  In not, assume nuclear excitation
144  // occurs and input particle is degraded in energy. No other particles are produced.
145  // If reaction is possible, find the correct number of pions/protons/neutrons
146  // produced using an interpolation to multiplicity data.  Replace some pions or
147  // protons/neutrons by kaons or strange baryons according to the average
148  // multiplicity per Inelastic reaction.
149
150  const G4double mOriginal = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass()/MeV;
151  const G4double etOriginal = originalIncident->GetTotalEnergy()/MeV;
152  const G4double pOriginal = originalIncident->GetTotalMomentum()/MeV;
153  const G4double targetMass = targetParticle.GetMass()/MeV;
154  G4double centerofmassEnergy = std::sqrt( mOriginal*mOriginal +
155                                      targetMass*targetMass +
156                                      2.0*targetMass*etOriginal );
157  G4double availableEnergy = centerofmassEnergy-(targetMass+mOriginal);
158   
159    static G4bool first = true;
160    const G4int numMul = 1200;
161    const G4int numMulA = 400;
162    const G4int numSec = 60;
163    static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec]; // proton constants
164    static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec]; // neutron constants
165    static G4double protmulA[numMulA], protnormA[numSec]; // proton constants
166    static G4double neutmulA[numMulA], neutnormA[numSec]; // neutron constants
167    // np = number of pi+, nm = number of pi-, nz = number of pi0
168    G4int counter, nt=0, np=0, nm=0, nz=0;
169    G4double test;
170    const G4double c = 1.25;   
171    const G4double b[] = { 0.7, 0.7 };
172    if( first )       // compute normalization constants, this will only be Done once
173    {
174      first = false;
175      G4int i;
176      for( i=0; i<numMul; ++i )protmul[i] = 0.0;
177      for( i=0; i<numSec; ++i )protnorm[i] = 0.0;
178      counter = -1;
179      for( np=0; np<(numSec/3); ++np )
180      {
181        for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); ++nm )
182        {
183          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
184          {
185            if( ++counter < numMul )
186            {
187              nt = np+nm+nz;
188              if( nt>0 && nt<=numSec )
189              {
190                protmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[0],c);
191                protnorm[nt-1] += protmul[counter];
192              }
193            }
194          }
195        }
196      }
197      for( i=0; i<numMul; ++i )neutmul[i] = 0.0;
198      for( i=0; i<numSec; ++i )neutnorm[i] = 0.0;
199      counter = -1;
200      for( np=0; np<numSec/3; ++np )
201      {
202        for( nm=np; nm<=(np+2); ++nm )
203        {
204          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
205          {
206            if( ++counter < numMul )
207            {
208              nt = np+nm+nz;
209              if( (nt>0) && (nt<=numSec) )
210              {
211                neutmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[1],c);
212                neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
213              }
214            }
215          }
216        }
217      }
218      for( i=0; i<numSec; ++i )
219      {
220        if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
221        if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
222      }
223      //
224      // do the same for annihilation channels
225      //
226      for( i=0; i<numMulA; ++i )protmulA[i] = 0.0;
227      for( i=0; i<numSec; ++i )protnormA[i] = 0.0;
228      counter = -1;
229      for( np=0; np<(numSec/3); ++np )
230      {
231        nm = np;
232        for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
233        {
234          if( ++counter < numMulA )
235          {
236            nt = np+nm+nz;
237            if( nt>1 && nt<=numSec )
238            {
239              protmulA[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[0],c);
240              protnormA[nt-1] += protmulA[counter];
241            }
242          }
243        }
244      }
245      for( i=0; i<numMulA; ++i )neutmulA[i] = 0.0;
246      for( i=0; i<numSec; ++i )neutnormA[i] = 0.0;
247      counter = -1;
248      for( np=0; np<numSec/3; ++np )
249      {
250        nm = np+1;
251        for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
252        {
253          if( ++counter < numMulA )
254          {
255            nt = np+nm+nz;
256            if( (nt>1) && (nt<=numSec) )
257            {
258              neutmulA[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[1],c);
259              neutnormA[nt-1] += neutmulA[counter];
260            }
261          }
262        }
263      }
264      for( i=0; i<numSec; ++i )
265      {
266        if( protnormA[i] > 0.0 )protnormA[i] = 1.0/protnormA[i];
267        if( neutnormA[i] > 0.0 )neutnormA[i] = 1.0/neutnormA[i];
268      }
269    }   // end of initialization
270    //
271    // initialization is OK
272    //
273    const G4double expxu = 82.;           // upper bound for arg. of exp
274    const G4double expxl = -expxu;        // lower bound for arg. of exp
275   
276    G4ParticleDefinition *aNeutron      = G4Neutron::Neutron();
277    G4ParticleDefinition *aProton       = G4Proton::Proton();
278    G4ParticleDefinition *anAntiNeutron = G4AntiNeutron::AntiNeutron();
279    G4ParticleDefinition *aPiPlus       = G4PionPlus::PionPlus();
280   
281    const G4double anhl[] = {1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,1.0,0.90,
282                             0.6,0.52,0.47,0.44,0.41,0.39,0.37,0.35,0.34,0.24,
283                             0.19,0.15,0.12,0.10,0.09,0.07,0.06,0.05,0.0};
284   
285    G4int iplab = G4int( pOriginal/GeV*10.0 );
286    if( iplab >  9 )iplab = G4int( pOriginal/GeV ) + 9;
287    if( iplab > 18 )iplab = G4int( pOriginal/GeV/10.0 ) + 18;
288    if( iplab > 27 )iplab = 28;
289    if( G4UniformRand() > anhl[iplab] )
290    {
291      if( availableEnergy <= aPiPlus->GetPDGMass()/MeV )
292      {
293        quasiElastic = true;
294        return;
295      }
296      G4int ieab = static_cast<G4int>(availableEnergy*5.0/GeV);
297      const G4double supp[] = {0.,0.4,0.55,0.65,0.75,0.82,0.86,0.90,0.94,0.98};
298      G4double w0, wp, wt, wm;
299      if( (availableEnergy < 2.0*GeV) && (G4UniformRand() >= supp[ieab]) )
300      {
301        //
302        // suppress high multiplicity events at low momentum
303        // only one pion will be produced
304        //
305        np = nm = nz = 0;
306        if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
307        {
308          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[1])*(1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
309          w0 = test;
310          wp = test;       
311          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(-1.0+b[1])*(-1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
312          wm = test;
313          wt = w0+wp+wm;
314          wp += w0;
315          G4double ran = G4UniformRand();
316          if( ran < w0/wt )
317            nz = 1;
318          else if( ran < wp/wt )
319            np = 1;
320          else
321            nm = 1;
322        }
323        else  // target is a neutron
324        {
325          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[0])*(1.0+b[0])/(2.0*c*c) ) ) );
326          w0 = test;
327          test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(-1.0+b[0])*(-1.0+b[0])/(2.0*c*c) ) ) );
328          wm = test;
329          G4double ran = G4UniformRand();
330          if( ran < w0/(w0+wm) )
331            nz = 1;
332          else
333            nm = 1;
334        }
335      }
336      else   // (availableEnergy >= 2.0*GeV) || (random number < supp[ieab])
337      {
338        G4double n, anpn;
339        GetNormalizationConstant( availableEnergy, n, anpn );
340        G4double ran = G4UniformRand();
341        G4double dum, excs = 0.0;
342        if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
343        {
344          counter = -1;
345          for( np=0; np<numSec/3 && ran>=excs; ++np )
346          {
347            for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1) && ran>=excs; ++nm )
348            {
349              for( nz=0; nz<numSec/3 && ran>=excs; ++nz )
350              {
351                if( ++counter < numMul )
352                {
353                  nt = np+nm+nz;
354                  if( (nt>0) && (nt<=numSec) )
355                  {
356                    test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
357                    dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
358                    if( std::fabs(dum) < 1.0 )
359                    {
360                      if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
361                    }
362                    else
363                      excs += dum*test;
364                  }
365                }
366              }
367            }
368          }
369          if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
370          {
371            quasiElastic = true;
372            return;
373          }
374        }
375        else  // target must be a neutron
376        {
377          counter = -1;
378          for( np=0; np<numSec/3 && ran>=excs; ++np )
379          {
380            for( nm=np; nm<=(np+2) && ran>=excs; ++nm )
381            {
382              for( nz=0; nz<numSec/3 && ran>=excs; ++nz )
383              {
384                if( ++counter < numMul )
385                {
386                  nt = np+nm+nz;
387                  if( (nt>0) && (nt<=numSec) )
388                  {
389                    test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
390                    dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
391                    if( std::fabs(dum) < 1.0 )
392                    {
393                      if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
394                    }
395                    else
396                      excs += dum*test;
397                  }
398                }
399              }
400            }
401          }
402          if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
403          {
404            quasiElastic = true;
405            return;
406          }
407        }
408        np--; nm--; nz--;
409      }
410      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
411      {
412        switch( np-nm )
413        {
414         case 0:
415           if( G4UniformRand() < 0.33 )
416           {
417             currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiNeutron );
418             targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
419             incidentHasChanged = true;
420             targetHasChanged = true;
421           }
422           break;
423         case 1:
424           targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
425           targetHasChanged = true;
426           break;
427         default:
428           currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiNeutron );
429           incidentHasChanged = true;
430           break;
431        }
432      }
433      else  // target must be a neutron
434      {
435        switch( np-nm )
436        {
437         case -1:
438           if( G4UniformRand() < 0.5 )
439           {
440             targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aProton );
441             targetHasChanged = true;
442           }
443           else
444           {
445             currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiNeutron );
446             incidentHasChanged = true;
447           }
448           break;
449         case 0:
450           break;
451         default:
452           currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( anAntiNeutron );
453           targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aProton );
454           incidentHasChanged = true;
455           targetHasChanged = true;
456           break;
457        }
458      }
459    }
460    else   //  random number <= anhl[iplab]
461    {
462      if( centerofmassEnergy <= 2*aPiPlus->GetPDGMass()/MeV )
463      {
464        quasiElastic = true;
465        return;
466      }
467      //
468      // annihilation channels
469      //
470      G4double n, anpn;
471      GetNormalizationConstant( -centerofmassEnergy, n, anpn );
472      G4double ran = G4UniformRand();
473      G4double dum, excs = 0.0;
474      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
475      {
476        counter = -1;
477        for( np=0; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
478        {
479          nm = np;
480          for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
481          {
482            if( ++counter < numMulA )
483            {
484              nt = np+nm+nz;
485              if( (nt>1) && (nt<=numSec) )
486              {
487                test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
488                dum = (pi/anpn)*nt*protmulA[counter]*protnormA[nt-1]/(2.0*n*n);
489                if( std::abs(dum) < 1.0 )
490                {
491                  if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
492                }
493                else
494                  excs += dum*test;
495              }
496            }
497          }
498        }
499      }
500      else  // target must be a neutron
501      {
502        counter = -1;
503        for( np=0; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
504        {
505          nm = np+1;
506          for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
507          {
508            if( ++counter < numMulA )
509            {
510              nt = np+nm+nz;
511              if( (nt>1) && (nt<=numSec) )
512              {
513                test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
514                dum = (pi/anpn)*nt*neutmulA[counter]*neutnormA[nt-1]/(2.0*n*n);
515                if( std::fabs(dum) < 1.0 )
516                {
517                  if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
518                }
519                else
520                  excs += dum*test;
521              }
522            }
523          }
524        }
525      }
526      if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
527      {
528        quasiElastic = true;
529        return;
530      }
531      np--; nz--;
532      currentParticle.SetMass( 0.0 );
533      targetParticle.SetMass( 0.0 );
534    }
535    while(np+nm+nz<3) nz++;
536
537  SetUpPions( np, nm, nz, vec, vecLen );
538  return;
539}
540
541 /* end of file */
542 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.