source: trunk/source/processes/hadronic/models/rpg/src/G4RPGPiMinusInelastic.cc @ 847

Last change on this file since 847 was 819, checked in by garnier, 16 years ago

import all except CVS
File size: 14.2 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: G4RPGPiMinusInelastic.cc,v 1.1 2007/07/18 21:04:20 dennis Exp $
27// GEANT4 tag $Name: geant4-09-01-patch-02 $
28//
29 
30#include "G4RPGPiMinusInelastic.hh"
31#include "Randomize.hh"
32
33
34G4HadFinalState*
35G4RPGPiMinusInelastic::ApplyYourself(const G4HadProjectile& aTrack,
36                                     G4Nucleus& targetNucleus)
37{
38  const G4HadProjectile* originalIncident = &aTrack;
39  if (originalIncident->GetKineticEnergy() <= 0.1*MeV) 
40  {
41    theParticleChange.SetStatusChange(isAlive);
42    theParticleChange.SetEnergyChange(aTrack.GetKineticEnergy());
43    theParticleChange.SetMomentumChange(aTrack.Get4Momentum().vect().unit()); 
44    return &theParticleChange;     
45  }
46
47  // create the target particle
48   
49  G4DynamicParticle* originalTarget = targetNucleus.ReturnTargetParticle();
50  G4ReactionProduct targetParticle( originalTarget->GetDefinition() );
51   
52  if( verboseLevel > 1 )
53  {
54    const G4Material *targetMaterial = aTrack.GetMaterial();
55    G4cout << "G4PionMinusInelastic::ApplyYourself called" << G4endl;
56    G4cout << "kinetic energy = " << originalIncident->GetKineticEnergy() << "MeV, ";
57    G4cout << "target material = " << targetMaterial->GetName() << ", ";
58    G4cout << "target particle = " << originalTarget->GetDefinition()->GetParticleName()
59           << G4endl;
60  }
61
62  G4ReactionProduct currentParticle( 
63    const_cast<G4ParticleDefinition *>(originalIncident->GetDefinition() ) );
64  currentParticle.SetMomentum( originalIncident->Get4Momentum().vect() );
65  currentParticle.SetKineticEnergy( originalIncident->GetKineticEnergy() );
66   
67  // Fermi motion and evaporation
68  // As of Geant3, the Fermi energy calculation had not been Done
69   
70  G4double ek = originalIncident->GetKineticEnergy();
71  G4double amas = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass();
72   
73  G4double tkin = targetNucleus.Cinema( ek );
74  ek += tkin;
75  currentParticle.SetKineticEnergy( ek );
76  G4double et = ek + amas;
77  G4double p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
78  G4double pp = currentParticle.GetMomentum().mag();
79  if( pp > 0.0 )
80  {
81    G4ThreeVector momentum = currentParticle.GetMomentum();
82    currentParticle.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
83  }
84   
85  // calculate black track energies
86   
87  tkin = targetNucleus.EvaporationEffects( ek );
88  ek -= tkin;
89  currentParticle.SetKineticEnergy( ek );
90  et = ek + amas;
91  p = std::sqrt( std::abs((et-amas)*(et+amas)) );
92  pp = currentParticle.GetMomentum().mag();
93  if( pp > 0.0 )
94  {
95    G4ThreeVector momentum = currentParticle.GetMomentum();
96    currentParticle.SetMomentum( momentum * (p/pp) );
97  }
98
99  G4ReactionProduct modifiedOriginal = currentParticle;
100
101  currentParticle.SetSide( 1 ); // incident always goes in forward hemisphere
102  targetParticle.SetSide( -1 );  // target always goes in backward hemisphere
103  G4bool incidentHasChanged = false;
104  G4bool targetHasChanged = false;
105  G4bool quasiElastic = false;
106  G4FastVector<G4ReactionProduct,256> vec;
107  G4int vecLen = 0;
108  vec.Initialize( 0 );
109   
110  const G4double cutOff = 0.1*MeV;
111  if( currentParticle.GetKineticEnergy() > cutOff )
112    Cascade(vec, vecLen,
113            originalIncident, currentParticle, targetParticle,
114            incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic);
115   
116  CalculateMomenta(vec, vecLen,
117                   originalIncident, originalTarget, modifiedOriginal,
118                   targetNucleus, currentParticle, targetParticle,
119                   incidentHasChanged, targetHasChanged, quasiElastic);
120   
121  SetUpChange(vec, vecLen, currentParticle, targetParticle,
122              incidentHasChanged);
123   
124  delete originalTarget;
125  return &theParticleChange;
126}
127 
128void G4RPGPiMinusInelastic::Cascade(
129   G4FastVector<G4ReactionProduct,256> &vec,
130   G4int& vecLen,
131   const G4HadProjectile *originalIncident,
132   G4ReactionProduct &currentParticle,
133   G4ReactionProduct &targetParticle,
134   G4bool &incidentHasChanged,
135   G4bool &targetHasChanged,
136   G4bool &quasiElastic)
137{
138  // Derived from H. Fesefeldt's original FORTRAN code CASPIM
139  //
140  // pi-  undergoes interaction with nucleon within nucleus.
141  // Check if energetically possible to produce pions/kaons.
142  // If not assume nuclear excitation occurs and input particle
143  // is degraded in energy.  No other particles produced.
144  // If reaction is possible find correct number of pions/protons/neutrons
145  // produced using an interpolation to multiplicity data.
146  // Replace some pions or protons/neutrons by kaons or strange baryons
147  // according to average multiplicity per inelastic reactions.
148  //
149  const G4double mOriginal = originalIncident->GetDefinition()->GetPDGMass();
150  const G4double etOriginal = originalIncident->GetTotalEnergy();
151  const G4double pOriginal = originalIncident->GetTotalMomentum();
152  const G4double targetMass = targetParticle.GetMass();
153  G4double centerofmassEnergy = std::sqrt(mOriginal*mOriginal +
154                                          targetMass*targetMass +
155                                          2.0*targetMass*etOriginal);
156  G4double availableEnergy = centerofmassEnergy-(targetMass+mOriginal);
157  static G4bool first = true;
158  const G4int numMul = 1200;
159  const G4int numSec = 60;
160  static G4double protmul[numMul], protnorm[numSec]; // proton constants
161  static G4double neutmul[numMul], neutnorm[numSec]; // neutron constants
162  // np = number of pi+, nm = number of pi-, nz = number of pi0
163  G4int counter, nt=0, np=0, nm=0, nz=0;
164  const G4double c = 1.25;
165  const G4double b[] = { 0.70, 0.70 };
166  if( first )       // compute normalization constants, this will only be Done once
167  {
168      first = false;
169      G4int i;
170      for( i=0; i<numMul; ++i )protmul[i] = 0.0;
171      for( i=0; i<numSec; ++i )protnorm[i] = 0.0;
172      counter = -1;
173      for( np=0; np<(numSec/3); ++np )
174      {
175        for( nm=std::max(0,np-1); nm<=(np+1); ++nm )
176        {
177          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
178          {
179            if( ++counter < numMul )
180            {
181              nt = np+nm+nz;
182              if( nt > 0 )
183              {
184                protmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[0],c);
185                protnorm[nt-1] += protmul[counter];
186              }
187            }
188          }
189        }
190      }
191      for( i=0; i<numMul; ++i )neutmul[i] = 0.0;
192      for( i=0; i<numSec; ++i )neutnorm[i] = 0.0;
193      counter = -1;
194      for( np=0; np<numSec/3; ++np )
195      {
196        for( nm=np; nm<=(np+2); ++nm )
197        {
198          for( nz=0; nz<numSec/3; ++nz )
199          {
200            if( ++counter < numMul )
201            {
202              nt = np+nm+nz;
203              if( (nt>0) && (nt<=numSec) )
204              {
205                neutmul[counter] = Pmltpc(np,nm,nz,nt,b[1],c);
206                neutnorm[nt-1] += neutmul[counter];
207              }
208            }
209          }
210        }
211      }
212    for( i=0; i<numSec; ++i ) {
213      if( protnorm[i] > 0.0 )protnorm[i] = 1.0/protnorm[i];
214      if( neutnorm[i] > 0.0 )neutnorm[i] = 1.0/neutnorm[i];
215    }
216  }   // end of initialization
217   
218  const G4double expxu = 82.;           // upper bound for arg. of exp
219  const G4double expxl = -expxu;        // lower bound for arg. of exp
220  G4ParticleDefinition *aNeutron = G4Neutron::Neutron();
221  G4ParticleDefinition *aProton = G4Proton::Proton();
222  G4ParticleDefinition *aPiZero = G4PionZero::PionZero();
223  G4int ieab = G4int(availableEnergy*5.0/GeV);
224  const G4double supp[] = {0.,0.4,0.55,0.65,0.75,0.82,0.86,0.90,0.94,0.98};
225  G4double test, w0, wp, wt, wm;
226  if( (availableEnergy<2.0*GeV) && (G4UniformRand()>=supp[ieab]) )
227  {
228    // suppress high multiplicity events at low momentum
229    // only one pion will be produced
230     
231    // charge exchange reaction is included in inelastic cross section
232       
233    const G4double cech[] = {1.,0.95,0.79,0.32,0.19,0.16,0.14,0.12,0.10,0.08};
234    G4int iplab = G4int(std::min( 9.0, pOriginal/GeV*5.0 ));
235    if( G4UniformRand() <= cech[iplab] )
236    {
237      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
238      {
239        currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aPiZero );  // charge exchange
240        targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
241        incidentHasChanged = true;
242        targetHasChanged = true;
243      }
244    }
245     
246    if( availableEnergy <= G4PionMinus::PionMinus()->GetPDGMass() )
247    {
248      quasiElastic = true;
249      return;
250    }
251     
252    nm = np = nz = 0;
253    if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
254    {
255        test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[0])*(1.0+b[0])/(2.0*c*c) ) ) );
256        w0 = test;
257        wp = 10.0*test;       
258        test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(-1.0+b[0])*(-1.0+b[0])/(2.0*c*c) ) ) );
259        wm = test;
260        wt = w0+wp+wm;
261        wp += w0;
262        G4double ran = G4UniformRand();
263        if( ran < w0/wt )
264          nz = 1;
265        else if( ran < wp/wt )
266          np = 1;
267        else
268          nm = 1;
269    }
270    else  // target is a neutron
271    {
272        test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(1.0+b[1])*(1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
273        w0 = test;
274        test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(-1.0+b[1])*(-1.0+b[1])/(2.0*c*c) ) ) );
275        wm = test;
276        G4double ran = G4UniformRand();
277        if( ran < w0/(w0+wm) )
278          nz = 1;
279        else
280          nm = 1;
281    }
282  }
283  else
284  {
285      if( availableEnergy <= G4PionMinus::PionMinus()->GetPDGMass() )
286      {
287        quasiElastic = true;
288        return;
289      }
290      G4double n, anpn;
291      GetNormalizationConstant( availableEnergy, n, anpn );
292      G4double ran = G4UniformRand();
293      G4double dum, excs = 0.0;
294      if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
295      {
296        counter = -1;
297        for( np=0; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
298        {
299          for( nm=std::max(0,np-1); (nm<=(np+1)) && (ran>=excs); ++nm )
300          {
301            for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
302            {
303              if( ++counter < numMul )
304              {
305                nt = np+nm+nz;
306                if( nt > 0 )
307                {
308                  test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
309                  dum = (pi/anpn)*nt*protmul[counter]*protnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
310                  if( std::fabs(dum) < 1.0 )
311                  {
312                    if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
313                  }
314                  else
315                    excs += dum*test;
316                }
317              }
318            }
319          }
320        }
321        if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
322        {
323          quasiElastic = true;
324          return;
325        }
326        np--; nm--; nz--;
327      }
328      else  // target must be a neutron
329      {
330        counter = -1;
331        for( np=0; (np<numSec/3) && (ran>=excs); ++np )
332        {
333          for( nm=np; (nm<=(np+2)) && (ran>=excs); ++nm )
334          {
335            for( nz=0; (nz<numSec/3) && (ran>=excs); ++nz )
336            {
337              if( ++counter < numMul )
338              {
339                nt = np+nm+nz;
340                if( (nt>=1) && (nt<=numSec) )
341                {
342                  test = std::exp( std::min( expxu, std::max( expxl, -(pi/4.0)*(nt*nt)/(n*n) ) ) );
343                  dum = (pi/anpn)*nt*neutmul[counter]*neutnorm[nt-1]/(2.0*n*n);
344                  if( std::fabs(dum) < 1.0 )
345                  {
346                    if( test >= 1.0e-10 )excs += dum*test;
347                  }
348                  else
349                    excs += dum*test;
350                }
351              }
352            }
353          }
354        }
355        if( ran >= excs )  // 3 previous loops continued to the end
356        {
357          quasiElastic = true;
358          return;
359        }
360        np--; nm--; nz--;
361      }
362  }
363  if( targetParticle.GetDefinition() == aProton )
364  {
365    switch( np-nm )
366    {
367     case 0:
368       if( G4UniformRand() >= 0.75 )
369       {
370         currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aPiZero );
371         targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
372         incidentHasChanged = true;
373         targetHasChanged = true;
374       }
375       break;
376     case 1:
377       targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aNeutron );
378       targetHasChanged = true;
379       break;
380     default:
381       currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aPiZero );
382       incidentHasChanged = true;
383       break;
384    }
385  }
386  else
387  {
388    switch( np-nm )
389    {
390     case -1:
391       if( G4UniformRand() < 0.5 )
392       {
393         targetParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aProton );
394         targetHasChanged = true;
395       } else {
396         currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aPiZero );
397         incidentHasChanged = true;
398       }
399       break;
400     case 0:
401       break;
402     default:
403       currentParticle.SetDefinitionAndUpdateE( aPiZero );
404       incidentHasChanged = true;
405       break;
406    }
407  }
408
409  SetUpPions( np, nm, nz, vec, vecLen );
410  return;
411}
412
413 /* end of file */
414 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.