粒子物理与核物理实验中数据分析.ppt

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1、粒子物理与核物理实验中数据分析 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望上讲回顾上讲回顾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：G4ParticleGunG4Part

2、icleGunn物理过程：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)2022/11/162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2022/11/163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G4Prima

3、ryParticle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。2022/11/164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2022/11/165

4、以HEPEVT格式输出的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+0

5、0 3 11 0 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 0.28920065E-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+0

6、2-0.24334704E+03-0.63076405E+00 0.33000000E+00 2 23 16 26-0.55767406E-02 0.28920065E-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)，随后的102行分别

7、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。2022/11/166使用HEPEvtInterface的例子参见例子N04，在ExN04PrimaryGeneratorAction.cc中：ExN04PrimaryGeneratorAction:ExN04PrimaryGeneratorAction()const char*filename=pythia_event.data;/读取pythia_event.data HEPEvt=new G4HEPEvtInter

8、face(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。2022/11/167敏感探测器(Sens

9、itive 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，事例开始时调用，指定构造的“集中”与当前事例

10、关联起来EndOfEvent(G4HCofThisEvent*)事例结束时调用 参见例子N02/src/ExN02TrackerSD.cc2022/11/168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(trackerChamberSDname);/添加到添加到

11、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/ExN02DetectorConstruction.cc1.定义Hits，如ExN02TrakcerHit.cc2.定义SD，如ExN02TrackerSD.cc3.在DetectorConstruction()中添加SD2022/11/169读取敏感探测器的信息在EventAction类的EndOfEventAction()函数中

12、，可以读取该事例中存储的Hits。比如可以在ExN02EventAction.cc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ExN02TrackerHitsCollection*hitsC=hc-GetHC

13、(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。2022/11/1610将模拟结果写入root文件1)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)ROOTGLIBS =$(shell root-config-glibs)CPPFLAGS

14、 +=$(ROOTCFLAGS)EXTRALIBS+=$(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 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Detect

15、orConstruction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。2022/11/1612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。2022/11/1613参考资料1.Geant4应用开发手册3.6节2.Geant4应用开发手册4.4节3.Geant4例子novice/N02,N042022/11/1614