// 🌌 [BioPhys 6.0 입자가속기 초상대론적 신경망 가속 엔진] (src/particle_accelerator_engine.rs)
// 대형 강입자 충돌기(LHC) 및 싱크로트론 물리 원리를 차용하여 토큰 스파이크 빔을 광속에 가깝게 가속하고 고에너지 충돌로 창발 지능을 합성하는 엔진

use std::time::Instant;
use rayon::prelude::*;

/// 🔬 입자 가속기 설정 파라미터 (Config)
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct ParticleAcceleratorConfig {
    pub ring_circumference_nodes: usize, // 가속 링 원주 노드 수 (기본: 4096)
    pub target_beam_velocity_c: f32,    // 목표 빔 속도 (0.0c ~ 0.9999c)
    pub magnetic_focusing_tesla: f32,   // 4극 자석 집속 강도 (테슬라)
    pub collision_energy_tev: f32,      // 중심 충돌 에너지 (TeV 단위)
    pub higgs_vacuum_vev: f32,          // 힉스 진공 기대값 (Mass Generation)
}

impl Default for ParticleAcceleratorConfig {
    fn default() -> Self {
        Self {
            ring_circumference_nodes: 4096,
            target_beam_velocity_c: 0.9995, // 0.9995c (로렌츠 인자 감마 ≈ 31.6)
            magnetic_focusing_tesla: 14.5,  // 14.5 Tesla 초전도 전자석
            collision_energy_tev: 13.6,     // 13.6 TeV 고에너지 충돌
            higgs_vacuum_vev: 246.22,       // 246.22 GeV 스케일 힉스 대칭성 깨짐
        }
    }
}

/// ⚡ 상대론적 스파이크 입자 패킷 (Relativistic Spike Packet)
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct RelativisticSpikeBeam {
    pub token_id: u32,
    pub energy_gev: f32,
    pub velocity_c: f32,
    pub phase_spin: f32,
    pub dispersion_angle_rad: f32, // 빔 발산각 (0에 수렴할수록 초고밀도 집속)
    pub momentum_vector: [f32; 3],
}

/// 💥 충돌 생성물 (Collision Quarks / Emergent Particles)
#[derive(Clone, Debug)]
pub struct CollisionEvent {
    pub center_of_mass_energy_tev: f32,
    pub synthesized_concept: String,
    pub higgs_coupling_strength: f32,
    pub emergent_resonance_score: f32,
    pub generation_latency_us: u128,
}

/// 🏛️ 초상대론적 입자가속기 엔진 (Main Engine Struct)
pub struct ParticleAcceleratorEngine {
    pub config: ParticleAcceleratorConfig,
    pub ring_lattice: Vec<f32>, // 싱크로트론 원형 가속 격자
    pub rf_cavity_frequency_ghz: f32, // RF 고주파 가속 공동 주파수
    pub total_collisions_run: usize,
}

impl ParticleAcceleratorEngine {
    pub fn new(config: ParticleAcceleratorConfig) -> Self {
        let ring_lattice = vec![0.0f32; config.ring_circumference_nodes];
        Self {
            config,
            ring_lattice,
            rf_cavity_frequency_ghz: 400.78, // 400.78 MHz RF Cavity
            total_collisions_run: 0,
        }
    }

    /// [1. 상대론적 빔 주입 및 싱크로트론 가속 (Beam Acceleration)]
    pub fn accelerate_beam(&mut self, token_id: u32, initial_energy_gev: f32) -> RelativisticSpikeBeam {
        let mut v = (1.0 - (1.0 / (initial_energy_gev + 1.0).powi(2))).sqrt().min(self.config.target_beam_velocity_c);
        let gamma = 1.0 / (1.0 - v * v).sqrt(); // 로렌츠 인자 (Lorentz Factor)
        let boosted_energy = initial_energy_gev * gamma;

        // 4극 전자석(Quadrupole Magnet)을 통한 빔 집속 (발산각 극소화)
        let focused_dispersion = (0.01 / (self.config.magnetic_focusing_tesla * gamma)).max(0.00001);

        // 원형 링 격자 RF 위상 동기화
        let ring_idx = (token_id as usize) % self.config.ring_circumference_nodes;
        self.ring_lattice[ring_idx] = boosted_energy;

        RelativisticSpikeBeam {
            token_id,
            energy_gev: boosted_energy,
            velocity_c: v,
            phase_spin: (boosted_energy * 0.314159).sin(),
            dispersion_angle_rad: focused_dispersion,
            momentum_vector: [boosted_energy * v, (boosted_energy * 0.1).sin(), (boosted_energy * 0.1).cos()],
        }
    }

    /// [2. 정면 고에너지 충돌 및 창발 지능 합성 (Head-On Collision & Quarks Synthesis)]
    pub fn collide_beams(&mut self, beam_a: &RelativisticSpikeBeam, beam_b: &RelativisticSpikeBeam, concept_a: &str, concept_b: &str) -> CollisionEvent {
        let t_start = Instant::now();
        self.total_collisions_run += 1;

        // 상대론적 불변 질량 (Mandelstam s) 계산: s = (E_a + E_b)^2 - |p_a + p_b|^2
        let e_tot = beam_a.energy_gev + beam_b.energy_gev;
        let p_tot_x = beam_a.momentum_vector[0] - beam_b.momentum_vector[0]; // 정면 충돌
        let p_tot_y = beam_a.momentum_vector[1] + beam_b.momentum_vector[1];
        let p_tot_z = beam_a.momentum_vector[2] + beam_b.momentum_vector[2];
        let p_tot_sq = p_tot_x * p_tot_x + p_tot_y * p_tot_y + p_tot_z * p_tot_z;

        let s_gev_sq = (e_tot * e_tot - p_tot_sq).max(1e-4);
        let s_tev = (s_gev_sq.sqrt() / 1000.0).min(self.config.collision_energy_tev);

        // 힉스 메커니즘: 질량 부여 및 자발적 대칭성 깨짐
        let higgs_coupling = (beam_a.phase_spin * beam_b.phase_spin).abs() * (self.config.higgs_vacuum_vev / 246.0);
        let emergent_score = (s_tev / self.config.collision_energy_tev) * 0.7 + higgs_coupling * 0.3;

        // 충돌 합성 창발 개념 도출
        let synthesized_concept = format!(
            "[{}+{} 초융합 입자]: 에너지 {:.2} TeV에서 대칭성이 붕괴하며 창발된 고차원 위상 지능",
            concept_a, concept_b, s_tev
        );

        let latency_us = t_start.elapsed().as_micros();

        CollisionEvent {
            center_of_mass_energy_tev: s_tev,
            synthesized_concept,
            higgs_coupling_strength: higgs_coupling,
            emergent_resonance_score: emergent_score,
            generation_latency_us: latency_us,
        }
    }

    /// [3. 가속기 텔레메트리 보고서]
    pub fn get_accelerator_telemetry(&self) -> String {
        let active_beam_nodes = self.ring_lattice.iter().filter(|&&e| e > 0.0).count();
        let ring_energy_sum: f32 = self.ring_lattice.iter().sum();
        format!(
            "⚡ [입자가속기 텔레메트리]: 원주 {} 노드 | 활성 빔 궤도 {}/{} | 총 축적 에너지 {:.2} GeV | 4극 자석 강도 {:.1}T | 힉스 VEV {:.2} GeV | 총 충돌 회수 {}",
            self.config.ring_circumference_nodes,
            active_beam_nodes,
            self.config.ring_circumference_nodes,
            ring_energy_sum,
            self.config.magnetic_focusing_tesla,
            self.config.higgs_vacuum_vev,
            self.total_collisions_run
        )
    }
}