粒子物理与核物理实验中数据分析ppt课件.ppt

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1、2022-7-311粒子物理与核物理实验中的数粒子物理与核物理实验中的数据分析据分析杨振伟清华大学第八讲第八讲:Geant4 的探测的探测器模拟介绍器模拟介绍(3)2022-7-312上讲回顾上讲回顾n粒子定义粒子定义 G4ParticleDefinition 6大类粒子：G4LeptonConstructor G4BosonConstructor G4MesonConstructor G4BaryonConstructor G4IonConstructor G4ShortlivedConstructorn产生主事例：产生主事例：G4ParticleGunG4ParticleGunn物理过程：

2、物理过程：电磁、强作用、衰变、光轻子电磁、强作用、衰变、光轻子- -强强子作用、光学、参数化、输运子作用、光学、参数化、输运( (必要过程必要过程) )2022-7-313本讲要点n产生主事例 G4HEPEvtInterfacen敏感探测器n取出敏感探测器的数据，并存入ROOT格式文件2022-7-314事例产生子接口nG4HEPEvtInterface 很多时候，事例产生子已经存在，而且是Fortran语言。Geant4并不直接链接这些Fortran程序，而是提供了一个接口： G4HEPEvtInterface读取事例产生子生成的ASCII文件中的信息，重新生成G4PrimaryPartic

3、le对象，并关联到对应的G4PrimaryVertex也就是说，G4HEPEvtInterface将/HEPEVT/公共块的信息转换为一个O-O数据结构。这个公共块在高能物理中被广泛使用。2022-7-315用/HEPEVT/公共块生成ASCII文件common block将以下量写入文件中第一行：NHEP，当前事例粒子数(包括中间态)随后的NHEP行：每个粒子的ISTHEP,IDHEP,JDAHEP,PHEP信息ISTHEP：粒子状态；IDHEP：粒子PDG号；JDAHEP：粒子衰变产物位置的指针；PHEP(1-3,5)：粒子x,y,z动量，能量，质量2022-7-316以HEPEVT格式输

4、出的ASCII文件 102 3 11 0 0 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.25000000E+03 0.51000000E-03 3 -11 0 0 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -0.25000000E+03 0.51000000E-03 3 11 0 0 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.24999999E+03 0.00000000E+00 3 -11 0 0 0.00000000E+00 0.00000000E+00 -0.25000000E+03 0.00000000E+00 3 11 0

5、 0 0.37396914E-02 0.15234913E-02 0.24138585E+03 0.00000000E+00 3 -11 0 0 -0.93164320E-02 0.27396574E-01 -0.24687934E+03 0.00000000E+00 3 23 0 0 -0.55767406E-02 0.28920195E-01 -0.54934906E+01 0.48823428E+03 3 2 0 0 0.19070032E+02 0.24337596E+03 -0.48627266E+01 0.33000000E+00 3 -2 0 0 -0.19075609E+02

6、-0.24334704E+03 -0.63076405E+00 0.33000000E+00 2 23 16 26 -0.55767406E-02 0.28920195E-01 -0.54934906E+01 0.48823428E+03 1 22 0 0 0.93164331E-02 -0.27396573E-01 -0.31205891E+01 0.00000000E+00 1 22 0 0 -0.81046576E-03 -0.82301151E-04 0.14162632E+00 0.00000000E+00 .175 . 比如：下面这个事例表示该事例共102个粒子(包括中间态)，随后

7、的102行分别为这102个粒子的具体信息：第一列为粒子状态(3：对撞入射粒子或其它；2：衰变了；1：存在的粒子；0：空)， 第2列为粒子PDG号，最后4列分别为粒子的x，y，z方向动量和质量。2022-7-317使用HEPEvtInterface的例子参见例子N04，在ExN04PrimaryGeneratorAction中：ExN04PrimaryGeneratorAction:ExN04PrimaryGeneratorAction() const char* filename = pythia_event.data; /读取pythia_event.data HEPEvt = new G4

8、HEPEvtInterface(filename); void ExN04PrimaryGeneratorAction:GeneratePrimaries(G4Event* anEvent) /设定主顶点位置，产生主顶点 HEPEvt-SetParticlePosition(G4ThreeVector(0.*cm,0.*cm,0.*cm); HEPEvt-GeneratePrimaryVertex(anEvent); 其中HEPEvt在头文件中定义： G4VPrimaryGenerator* HEPEvt;注：main函数或者mac文件中设定beamOn事例数不能超过ASCII中事例数。202

9、2-7-318敏感探测器(Sensitive Detector)nSD的首要任务是通过粒子“迹”(track)上的“步”(step)的信息，构造“击中”(hit)。 这些击中经过数字化，被读出几何读出的信息是真正的模拟结果。(当然在模拟中我们也可以忽略数字化而直接读出hit的信息)用户敏感探测器继承于抽象基类G4VSensitiveDetector，用户需要完成3个主要函数：ProcessHits(G4Step* aStep, G4TouchableHistory*) 构造“击中”，被G4SteppingManager调用Initialize(G4HCofThisEvent* HCE) 初始化

10、，事例开始时调用，指定构造的“集中”与当前事例关联起来EndOfEvent(G4HCofThisEvent*) 事例结束时调用 参见例子N02/src/ExN02TrackerSD2022-7-319定义和添加敏感探测器 在探测器构造中添加敏感探测器，比如：/SDManagerG4SDManager* SDman = G4SDManager:GetSDMpointer();/创建敏感探测器G4String trackerChamberSDname = ExN02/TrackerChamberSD;ExN02TrackerSD* aTrackerSD = new ExN02TrackerSD(

11、trackerChamberSDname );/添加到添加到SDManagerSDman-AddNewDetector( aTrackerSD ); /为为logical体积设定敏感探测器体积设定敏感探测器!logicChamber-SetSensitiveDetector( aTrackerSD ); 参见例子参见例子N02/src/ExN02DetectorConstruction1.定义Hits，如ExN02TrakcerHit2.定义SD，如ExN02TrackerSD3.在DetectorConstruction()中添加SD2022-7-3110读取敏感探测器的信息在EventAc

12、tion类的EndOfEventAction()函数中，可以读取该事例中存储的Hits。比如可以在ExN02EventAction中加入下面代码，查看每个事例中的Hits数目：/获得该事例的HitsCollection(可能不止一个)G4HCofThisEvent* hc = evt-GetHCofThisEvent();G4int NbOfColl = hc-GetNumberOfCollections();/获得第获得第0个个HitsCollection，即，即ExN02TrackerHitsCollection/也可以通过也可以通过CollectionID获得获得ExN02Tracker

13、HitsCollection *hitsC = hc-GetHC(0);/该该Collection中中Hits数目数目G4int sizehits = hitsC-entries();.当然，你也可以将hitsC中的Hits挨个读取出来，并获取这些Hits的详细信息。2022-7-3111将模拟结果写入root文件GNUMakefile中添加调用root需要的头文件的目录和库，即在G4EXLIB := true一行后面加入： ROOTCFLAGS = $(shell root-config -cflags) ROOTLIBS = $(shell root-config -libs) ROOTG

14、LIBS = $(shell root-config -glibs) CPPFLAGS += $(ROOTCFLAGS) EXTRALIBS += $(ROOTLIBS) $(ROOTGLIBS)2) 在main函数新建TFile，定义TTree (全局变量)3) 在EventAction的EndOfEventAction()函数中收集需要的数据，填充到TTree。(也可以直接在SD中收集)4) 在RunAction中将TFile写入硬盘。(也可以在主函数main()中写入)参见hep.tsinghua.edu/yangzw/CourseDataAna/examples/Lec8.tgz202

15、2-7-3112小结小结nG4HEPEvtInterface 主产生子主产生子(PrimaryGenerator)的一种，直接的一种，直接读取读取ASCII文件中以文件中以HEPEVT格式存储的事例。格式存储的事例。n敏感探测器的添加和定义敏感探测器的添加和定义 在在DetectorConstruction中，不但要将中，不但要将SD添添加给加给SDManager，还要指定相应的，还要指定相应的logical体体积。积。n将结果存储到将结果存储到root文件中文件中 在在EventAction中收集数据，或者在中收集数据，或者在SD中直接中直接收集。收集。2022-7-3113练习n在例子N02的基础上，将模拟的信息存储到root文件中。这些信息包括：粒子的PDG号、质量、能量沉积、径迹长度。生成root文件后画出这些信息的直方图，并进行分析n修改探测器物质和入射粒子，重新运行，得到新的root文件，并画出储存信息的直方图。n在N03的基础上，加入敏感探测器。2022-7-3114参考资料nGeant4应用开发手册3.6节nGeant4应用开发手册4.4节nGeant4例子novice/N02,N04