Particle Simulation and Analysis

Questo progetto simula eventi di collisione tra particelle, genera casualmente le loro proprietà (come angoli, quantità di moto e tipi) e calcola proprietà derivate come energia e massa invariante. Utilizza il framework ROOT per la visualizzazione e l'analisi statistica dei risultati mediante istogrammi.

Indice

• Introduzione
• Struttura del Progetto
• Prerequisiti
• Compilazione e Esecuzione
• Descrizione dei File Principali
  • main.cpp
  • Classi
  • Macro ROOT
• Analisi dei Risultati
• Directory e File di Output
• Note Aggiuntive
• Autore

Introduzione

Il progetto simula eventi di collisione generando casualmente particelle con specifiche proprietà fisiche. Include il decadimento di particelle risonanti (come il ( K^* )), con conservazione della quantità di moto e generazione di prodotti di decadimento. Gli istogrammi risultanti vengono analizzati per verificare la coerenza con le distribuzioni teoriche attese.

Struttura del Progetto

• src/: Contiene il codice sorgente C++ e le macro ROOT.
  • main.cpp: Programma principale per la simulazione.
  • ParticleType.h / ParticleType.cpp: Definisce la classe base per i tipi di particelle.
  • ResonanceType.h / ResonanceType.cpp: Estende ParticleType per le risonanze.
  • Particle.h / Particle.cpp: Classe che rappresenta una particella.
  • root/
    • utils/: Contiene le macro ROOT per l'analisi.
    • data/: Directory per i file ROOT generati.
• charts/: Directory per i grafici generati dalle macro ROOT.
• exec/ : Directory in cui risiede l'eseguibile compilato.

Prerequisiti

• ROOT: Framework per il calcolo scientifico e l'analisi dei dati. Assicurarsi che sia installato e configurato correttamente.
• Compilatore C++: GCC o Clang con supporto per C++11 o superiore.

Compilazione e Esecuzione

Compilazione

Per compilare il programma principale:

g++ -std=c++11 -o particle_sim ParticleType.cpp ResonanceType.cpp Particle.cpp main.cpp $(root-config --cflags --libs)

Esecuzione

Per eseguire il programma:

./particle_sim

Il programma genererà il file ParticleAnalysis.root nella directory root/data/, contenente tutti gli istogrammi prodotti durante la simulazione.

Descrizione dei File Principali

main.cpp

Il file main.cpp è il cuore della simulazione. Esegue i seguenti passi:

1. Inizializzazione: Definisce i tipi di particelle supportati e imposta il generatore di numeri casuali.
2. Generazione degli Eventi: Simula 100.000 eventi di collisione, ciascuno contenente 100 particelle iniziali.
3. Assegnazione delle Proprietà:
   • Genera casualmente gli angoli azimutali (( \phi )) e polari (( \theta )).
   • Calcola la quantità di moto (( p )) con una distribuzione esponenziale media di 1 GeV.
   • Converte le coordinate sferiche in cartesiane per ottenere ( p_x ), ( p_y ), ( p_z ).
4. Determinazione del Tipo di Particella: Assegna il tipo di particella in base a probabilità prefissate:
   • Pion+ e Pion-: 40% ciascuno.
   • Kaon+ e Kaon-: 5% ciascuno.
   • Proton+ e Proton-: 4.5% ciascuno.
   • K*: 1%.
5. Gestione delle Risonanze:
   • Decadimento del ( K^* ) in un pione e un kaone.
6. Riempimento degli Istogrammi: Registra le proprietà delle particelle.
7. Calcolo delle Masse Invarianti.
8. Salvataggio dei Dati: Gli istogrammi vengono salvati in ParticleAnalysis.root.

Classi

• ParticleType: Rappresenta un tipo di particella (nome, massa, carica).
• ResonanceType: Estende ParticleType per includere la larghezza di decadimento.
• Particle: Rappresenta una particella con quantità di moto ed energia. Supporta il calcolo della massa invariante e il decadimento.

Macro ROOT

• verify_particle_distribution.cpp: Verifica la coerenza delle proporzioni delle particelle generate.
• check_momentum_distribution.cpp: Controlla la distribuzione esponenziale dell'impulso.
• check_angular_distributions.cpp: Verifica la distribuzione uniforme degli angoli.
• analyze_invariant_mass.cpp: Analizza gli istogrammi di massa invariante e esegue fit gaussiani.
• analyze_histograms.cpp: Salva tutti gli istogrammi come file PDF.

Analisi dei Risultati

Dopo la simulazione, usa le macro per analizzare i risultati:

• Distribuzioni di Proprietà delle Particelle.
• Distribuzione dell'Impulso: Verifica l'andamento esponenziale.
• Distribuzioni Angolari.
• Masse Invarianti: Identificazione dei picchi dovuti a risonanze.

Directory e File di Output

• root/data/ParticleAnalysis.root: File con gli istogrammi generati.
• charts/: Contiene i grafici (PDF).

Note Aggiuntive

• Compilazione delle Macro: Usa:

root -l -b -q root/utils/nome_macro.cpp

• Configurazione: Verifica i percorsi per ROOT e file di output.
• Dipendenze: Assicurati di avere ROOT configurato correttamente.

Autore

• Nome: Federico Baldini
• Email: federico.baldini7@studio.unibo.it