MUON/AliMUONTrackParam.cxx

   1 /**************************************************************************
   2  * Copyright(c) 1998-1999, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
   6  *                                                                        *
   7  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and its   *
   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
   9  * without fee, provided that the above copyright notice appears in all   *
  10  * copies and that both the copyright notice and this permission notice   *
  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
  12  * about the suitability of this software for any purpose. It is          *
  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /*
  17 $Log$
  18 Revision 1.7  2000/10/02 16:58:29  egangler
  19 Cleaning of the code :
  20 -> coding conventions
  21 -> void Streamers
  22 -> some useless includes removed or replaced by "class" statement
  23
  24 Revision 1.6  2000/09/19 09:49:50  gosset
  25 AliMUONEventReconstructor package
  26 * track extrapolation independent from reco_muon.F, use of AliMagF...
  27 * possibility to use new magnetic field (automatic from generated root file)
  28
  29 Revision 1.5  2000/07/18 16:04:06  gosset
  30 AliMUONEventReconstructor package:
  31 * a few minor modifications and more comments
  32 * a few corrections
  33   * right sign for Z of raw clusters
  34   * right loop over chambers inside station
  35   * symmetrized covariance matrix for measurements (TrackChi2MCS)
  36   * right sign of charge in extrapolation (ExtrapToZ)
  37   * right zEndAbsorber for Branson correction below 3 degrees
  38 * use of TVirtualFitter instead of TMinuit for AliMUONTrack::Fit
  39 * no parameter for AliMUONTrack::Fit() but more fit parameters in Track object
  40
  41 Revision 1.4  2000/07/03 07:53:31  morsch
  42 Double declaration problem on HP solved.
  43
  44 Revision 1.3  2000/06/30 10:15:48  gosset
  45 Changes to EventReconstructor...:
  46 precision fit with multiple Coulomb scattering;
  47 extrapolation to vertex with Branson correction in absorber (JPC)
  48
  49 Revision 1.2  2000/06/15 07:58:49  morsch
  50 Code from MUON-dev joined
  51
  52 Revision 1.1.2.3  2000/06/09 21:03:09  morsch
  53 Make includes consistent with new file structure.
  54
  55 Revision 1.1.2.2  2000/06/09 12:58:05  gosset
  56 Removed comment beginnings in Log sections of .cxx files
  57 Suppressed most violations of coding rules
  58
  59 Revision 1.1.2.1  2000/06/07 14:44:53  gosset
  60 Addition of files for track reconstruction in C++
  61 */
  62
  63 //__________________________________________________________________________
  64 //
  65 // Track parameters in ALICE dimuon spectrometer
  66 //__________________________________________________________________________
  67
  68 #include <iostream.h>
  69
  70 #include "AliCallf77.h"
  71 #include "AliMUON.h"
  72 #include "AliMUONHitForRec.h"
  73 #include "AliMUONSegment.h"
  74 #include "AliMUONTrackParam.h"
  75 #include "AliMUONChamber.h"
  76 #include "AliRun.h"
  77 #include "AliMagF.h"
  78
  79 ClassImp(AliMUONTrackParam) // Class implementation in ROOT context
  80
  81   // A few calls in Fortran or from Fortran (extrap.F).
  82   // Needed, instead of calls to Geant subroutines,
  83   // because double precision is necessary for track fit converging with Minuit.
  84   // The "extrap" functions should be translated into C++ ????
  85 #ifndef WIN32
  86 # define extrap_onestep_helix extrap_onestep_helix_
  87 # define extrap_onestep_helix3 extrap_onestep_helix3_
  88 # define extrap_onestep_rungekutta extrap_onestep_rungekutta_
  89 # define gufld_double gufld_double_
  90 #else
  91 # define extrap_onestep_helix EXTRAP_ONESTEP_HELIX
  92 # define extrap_onestep_helix3 EXTRAP_ONESTEP_HELIX3
  93 # define extrap_onestep_rungekutta EXTRAP_ONESTEP_RUNGEKUTTA
  94 # define gufld_double GUFLD_DOUBLE
  95 #endif
  96
  97 extern "C" {
  98   void type_of_call extrap_onestep_helix
  99   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 100
 101   void type_of_call extrap_onestep_helix3
 102   (Double_t &Field, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 103
 104   void type_of_call extrap_onestep_rungekutta
 105   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 106
 107   void type_of_call gufld_double(Double_t *Position, Double_t *Field) {
 108     // interface to "gAlice->Field()->Field" for arguments in double precision
 109     Float_t x[3], b[3];
 110     x[0] = Position[0]; x[1] = Position[1]; x[2] = Position[2];
 111     gAlice->Field()->Field(x, b);
 112     Field[0] = b[0]; Field[1] = b[1]; Field[2] = b[2];
 113   }
 114 }
 115
 116 // Inline functions for Get and Set: inline removed because it does not work !!!!
 117 Double_t AliMUONTrackParam::GetInverseBendingMomentum(void) {
 118   // Get fInverseBendingMomentum
 119   return fInverseBendingMomentum;}
 120 void AliMUONTrackParam::SetInverseBendingMomentum(Double_t InverseBendingMomentum) {
 121   // Set fInverseBendingMomentum
 122   fInverseBendingMomentum = InverseBendingMomentum;}
 123 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingSlope(void) {
 124   // Get fBendingSlope
 125   return fBendingSlope;}
 126 void AliMUONTrackParam::SetBendingSlope(Double_t BendingSlope) {
 127   // Set fBendingSlope
 128   fBendingSlope = BendingSlope;}
 129 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingSlope(void) {
 130   // Get fNonBendingSlope
 131   return fNonBendingSlope;}
 132 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingSlope(Double_t NonBendingSlope) {
 133   // Set fNonBendingSlope
 134   fNonBendingSlope = NonBendingSlope;}
 135 Double_t AliMUONTrackParam::GetZ(void) {
 136   // Get fZ
 137   return fZ;}
 138 void AliMUONTrackParam::SetZ(Double_t Z) {
 139   // Set fZ
 140   fZ = Z;}
 141 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingCoor(void) {
 142   // Get fBendingCoor
 143   return fBendingCoor;}
 144 void AliMUONTrackParam::SetBendingCoor(Double_t BendingCoor) {
 145   // Set fBendingCoor
 146   fBendingCoor = BendingCoor;}
 147 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingCoor(void) {
 148   // Get fNonBendingCoor
 149   return fNonBendingCoor;}
 150 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingCoor(Double_t NonBendingCoor) {
 151   // Set fNonBendingCoor
 152   fNonBendingCoor = NonBendingCoor;}
 153
 154   //__________________________________________________________________________
 155 void AliMUONTrackParam::ExtrapToZ(Double_t Z)
 156 {
 157   // Track parameter extrapolation to the plane at "Z".
 158   // On return, the track parameters resulting from the extrapolation
 159   // replace the current track parameters.
 160   if (this->fZ == Z) return; // nothing to be done if same Z
 161   Double_t forwardBackward; // +1 if forward, -1 if backward
 162   if (Z > this->fZ) forwardBackward = 1.0;
 163   else forwardBackward = -1.0;
 164   Double_t vGeant3[7], vGeant3New[7]; // 7 in parameter ????
 165   Int_t iGeant3, stepNumber;
 166   Int_t maxStepNumber = 5000; // in parameter ????
 167   // For safety: return kTRUE or kFALSE ????
 168   // Parameter vector for calling EXTRAP_ONESTEP
 169   SetGeant3Parameters(vGeant3, forwardBackward);
 170   // sign of charge (sign of fInverseBendingMomentum if forward motion)
 171   // must be changed if backward extrapolation
 172   Double_t chargeExtrap = forwardBackward *
 173     TMath::Sign(Double_t(1.0), this->fInverseBendingMomentum);
 174   Double_t stepLength = 6.0; // in parameter ????
 175   // Extrapolation loop
 176   stepNumber = 0;
 177   while (((forwardBackward * (vGeant3[2] - Z)) <= 0.0) &&
 178          (stepNumber < maxStepNumber)) {
 179     stepNumber++;
 180     // Option for switching between helix and Runge-Kutta ????
 181     // extrap_onestep_rungekutta(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 182     extrap_onestep_helix(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 183     if ((forwardBackward * (vGeant3New[2] - Z)) > 0.0) break; // one is beyond Z
 184     // better use TArray ????
 185     for (iGeant3 = 0; iGeant3 < 7; iGeant3++)
 186       {vGeant3[iGeant3] = vGeant3New[iGeant3];}
 187   }
 188   // check maxStepNumber ????
 189   // Interpolation back to exact Z (2nd order)
 190   // should be in function ???? using TArray ????
 191   Double_t dZ12 = vGeant3New[2] - vGeant3[2]; // 1->2
 192   Double_t dZ1i = Z - vGeant3[2]; // 1-i
 193   Double_t dZi2 = vGeant3New[2] - Z; // i->2
 194   Double_t xPrime = (vGeant3New[0] - vGeant3[0]) / dZ12;
 195   Double_t xSecond =
 196     ((vGeant3New[3] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[3] / vGeant3[5])) / dZ12;
 197   Double_t yPrime = (vGeant3New[1] - vGeant3[1]) / dZ12;
 198   Double_t ySecond =
 199     ((vGeant3New[4] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[4] / vGeant3[5])) / dZ12;
 200   vGeant3[0] = vGeant3[0] + xPrime * dZ1i - 0.5 * xSecond * dZ1i * dZi2; // X
 201   vGeant3[1] = vGeant3[1] + yPrime * dZ1i - 0.5 * ySecond * dZ1i * dZi2; // Y
 202   vGeant3[2] = Z; // Z
 203   Double_t xPrimeI = xPrime - 0.5 * xSecond * (dZi2 - dZ1i);
 204   Double_t yPrimeI = yPrime - 0.5 * ySecond * (dZi2 - dZ1i);
 205   // (PX, PY, PZ)/PTOT assuming forward motion
 206   vGeant3[5] =
 207     1.0 / TMath::Sqrt(1.0 + xPrimeI * xPrimeI + yPrimeI * yPrimeI); // PZ/PTOT
 208   vGeant3[3] = xPrimeI * vGeant3[5]; // PX/PTOT
 209   vGeant3[4] = yPrimeI * vGeant3[5]; // PY/PTOT
 210   // Track parameters from Geant3 parameters,
 211   // with charge back for forward motion
 212   GetFromGeant3Parameters(vGeant3, chargeExtrap * forwardBackward);
 213 }
 214
 215   //__________________________________________________________________________
 216 void AliMUONTrackParam::SetGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t ForwardBackward)
 217 {
 218   // Set vector of Geant3 parameters pointed to by "VGeant3"
 219   // from track parameters in current AliMUONTrackParam.
 220   // Since AliMUONTrackParam is only geometry, one uses "ForwardBackward"
 221   // to know whether the particle is going forward (+1) or backward (-1).
 222   VGeant3[0] = this->fNonBendingCoor; // X
 223   VGeant3[1] = this->fBendingCoor; // Y
 224   VGeant3[2] = this->fZ; // Z
 225   Double_t pYZ = TMath::Abs(1.0 / this->fInverseBendingMomentum);
 226   Double_t pZ =
 227     pYZ / TMath::Sqrt(1.0 + this->fBendingSlope * this->fBendingSlope);
 228   VGeant3[6] =
 229     TMath::Sqrt(pYZ * pYZ +
 230                 pZ * pZ * this->fNonBendingSlope * this->fNonBendingSlope); // PTOT
 231   VGeant3[5] = ForwardBackward * pZ / VGeant3[6]; // PZ/PTOT
 232   VGeant3[3] = this->fNonBendingSlope * VGeant3[5]; // PX/PTOT
 233   VGeant3[4] = this->fBendingSlope * VGeant3[5]; // PY/PTOT
 234 }
 235
 236   //__________________________________________________________________________
 237 void AliMUONTrackParam::GetFromGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t Charge)
 238 {
 239   // Get track parameters in current AliMUONTrackParam
 240   // from Geant3 parameters pointed to by "VGeant3",
 241   // assumed to be calculated for forward motion in Z.
 242   // "InverseBendingMomentum" is signed with "Charge".
 243   this->fNonBendingCoor = VGeant3[0]; // X
 244   this->fBendingCoor = VGeant3[1]; // Y
 245   this->fZ = VGeant3[2]; // Z
 246   Double_t pYZ = VGeant3[6] * TMath::Sqrt(1.0 - VGeant3[3] * VGeant3[3]);
 247   this->fInverseBendingMomentum = Charge / pYZ;
 248   this->fBendingSlope = VGeant3[4] / VGeant3[5];
 249   this->fNonBendingSlope = VGeant3[3] / VGeant3[5];
 250 }
 251
 252   //__________________________________________________________________________
 253 void AliMUONTrackParam::ExtrapToStation(Int_t Station, AliMUONTrackParam *TrackParam)
 254 {
 255   // Track parameters extrapolated from current track parameters ("this")
 256   // to both chambers of the station(0..) "Station"
 257   // are returned in the array (dimension 2) of track parameters
 258   // pointed to by "TrackParam" (index 0 and 1 for first and second chambers).
 259   Double_t extZ[2], z1, z2;
 260   Int_t i1 = -1, i2 = -1; // = -1 to avoid compilation warnings
 261   AliMUON *pMUON = (AliMUON*) gAlice->GetModule("MUON"); // necessary ????
 262   // range of Station to be checked ????
 263   z1 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station)))->Z(); // Z of first chamber
 264   z2 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station + 1)))->Z(); // Z of second chamber
 265   // First and second Z to extrapolate at
 266   if ((z1 > this->fZ) && (z2 > this->fZ)) {i1 = 0; i2 = 1;}
 267   else if ((z1 < this->fZ) && (z2 < this->fZ)) {i1 = 1; i2 = 0;}
 268   else {
 269     cout << "ERROR in AliMUONTrackParam::CreateExtrapSegmentInStation" << endl;
 270     cout << "Starting Z (" << this->fZ << ") in between z1 (" << z1 <<
 271       ") and z2 (" << z2 << ") of station(0..) " << Station << endl;
 272   }
 273   extZ[i1] = z1;
 274   extZ[i2] = z2;
 275   // copy of track parameters
 276   TrackParam[i1] = *this;
 277   // first extrapolation
 278   (&(TrackParam[i1]))->ExtrapToZ(extZ[0]);
 279   TrackParam[i2] = TrackParam[i1];
 280   // second extrapolation
 281   (&(TrackParam[i2]))->ExtrapToZ(extZ[1]);
 282   return;
 283 }
 284
 285   //__________________________________________________________________________
 286 void AliMUONTrackParam::ExtrapToVertex()
 287 {
 288   // Extrapolation to the vertex.
 289   // Returns the track parameters resulting from the extrapolation,
 290   // in the current TrackParam.
 291   // Changes parameters according to Branson correction through the absorber
 292
 293   Double_t zAbsorber = 503.0; // to be coherent with the Geant absorber geometry !!!!
 294   // Extrapolates track parameters upstream to the "Z" end of the front absorber
 295   ExtrapToZ(zAbsorber);
 296     // Makes Branson correction (multiple scattering + energy loss)
 297   BransonCorrection();
 298 }
 299
 300   //__________________________________________________________________________
 301 void AliMUONTrackParam::BransonCorrection()
 302 {
 303   // Branson correction of track parameters
 304   // the entry parameters have to be calculated at the end of the absorber
 305   Double_t zEndAbsorber, zBP, xBP, yBP;
 306   Double_t  pYZ, pX, pY, pZ, pTotal, xEndAbsorber, yEndAbsorber, radiusEndAbsorber2, pT, theta;
 307   Int_t sign;
 308   // Would it be possible to calculate all that from Geant configuration ????
 309   // and to get the Branson parameters from a function in ABSO module ????
 310   // with an eventual contribution from other detectors like START ????
 311   // Radiation lengths outer part theta > 3 degres
 312   static Double_t x01[9] = { 18.8,    // C (cm)
 313                              10.397,   // Concrete (cm)
 314                              0.56,    // Plomb (cm)
 315                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 316                              0.56,   // Plomb (cm)
 317                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 318                              0.56,   // Plomb (cm)
 319                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 320                              0.56 };   // Plomb (cm)
 321   // inner part theta < 3 degres
 322   static Double_t x02[3] = { 18.8,    // C (cm)
 323                              10.397,   // Concrete (cm)
 324                              0.35 };    // W (cm)
 325   // z positions of the materials inside the absober outer part theta > 3 degres
 326   static Double_t z1[10] = { 90, 315, 467, 472, 477, 482, 487, 492, 497, 502 };
 327   // inner part theta < 3 degres
 328   static Double_t z2[4] = { 90, 315, 467, 503 };
 329   static Bool_t first = kTRUE;
 330   static Double_t zBP1, zBP2, rLimit;
 331   // Calculates z positions of the Branson's planes: zBP1 for outer part and zBP2 for inner part (only at the first call)
 332   if (first) {
 333     first = kFALSE;
 334     Double_t aNBP = 0.0;
 335     Double_t aDBP = 0.0;
 336     Int_t iBound;
 337
 338     for (iBound = 0; iBound < 9; iBound++) {
 339       aNBP = aNBP +
 340         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] * z1[iBound+1] -
 341          z1[iBound]   * z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 342       aDBP = aDBP +
 343         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] - z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 344     }
 345     zBP1 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 346     aNBP = 0.0;
 347     aDBP = 0.0;
 348     for (iBound = 0; iBound < 3; iBound++) {
 349       aNBP = aNBP +
 350         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] * z2[iBound+1] -
 351          z2[iBound]   * z2[iBound ]  * z2[iBound]    ) / x02[iBound];
 352       aDBP = aDBP +
 353         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] - z2[iBound] * z2[iBound]) / x02[iBound];
 354     }
 355     zBP2 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 356     rLimit = z2[3] * TMath::Tan(3.0 * (TMath::Pi()) / 180.);
 357   }
 358
 359   pYZ = TMath::Abs(1.0 / fInverseBendingMomentum);
 360   sign = 1;
 361   if (fInverseBendingMomentum < 0) sign = -1;
 362   pZ = pYZ / (TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope));
 363   pX = pZ * fNonBendingSlope;
 364   pY = pZ * fBendingSlope;
 365   pTotal = TMath::Sqrt(pYZ *pYZ + pX * pX);
 366   xEndAbsorber = fNonBendingCoor;
 367   yEndAbsorber = fBendingCoor;
 368   radiusEndAbsorber2 = xEndAbsorber * xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 369
 370   if (radiusEndAbsorber2 > rLimit*rLimit) {
 371     zEndAbsorber = z1[9];
 372     zBP = zBP1;
 373   } else {
 374     zEndAbsorber = z2[3];
 375     zBP = zBP2;
 376   }
 377
 378   xBP = xEndAbsorber - (pX / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 379   yBP = yEndAbsorber - (pY / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 380
 381   // new parameters after Branson and energy loss corrections
 382   pZ = pTotal * zBP / TMath::Sqrt(xBP * xBP + yBP * yBP + zBP * zBP);
 383   pX = pZ * xBP / zBP;
 384   pY = pZ * yBP / zBP;
 385   fBendingSlope = pY / pZ;
 386   fNonBendingSlope = pX / pZ;
 387
 388   pT = TMath::Sqrt(pX * pX + pY * pY);
 389   theta = TMath::ATan2(pT, pZ);
 390   pTotal =
 391     TotalMomentumEnergyLoss(rLimit, pTotal, theta, xEndAbsorber, yEndAbsorber);
 392
 393   fInverseBendingMomentum = (sign / pTotal) *
 394     TMath::Sqrt(1.0 +
 395                 fBendingSlope * fBendingSlope +
 396                 fNonBendingSlope * fNonBendingSlope) /
 397     TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope);
 398
 399   // vertex position at (0,0,0)
 400   // should be taken from vertex measurement ???
 401   fBendingCoor = 0.0;
 402   fNonBendingCoor = 0;
 403   fZ= 0;
 404 }
 405
 406   //__________________________________________________________________________
 407 Double_t AliMUONTrackParam::TotalMomentumEnergyLoss(Double_t rLimit, Double_t pTotal, Double_t theta, Double_t xEndAbsorber, Double_t yEndAbsorber)
 408 {
 409   // Returns the total momentum corrected from energy loss in the front absorber
 410   Double_t deltaP, pTotalCorrected;
 411
 412   Double_t radiusEndAbsorber2 =
 413     xEndAbsorber *xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 414   // Parametrization to be redone according to change of absorber material ????
 415   // See remark in function BransonCorrection !!!!
 416   // The name is not so good, and there are many arguments !!!!
 417   if (radiusEndAbsorber2 < rLimit * rLimit) {
 418     if (pTotal < 15) {
 419       deltaP = 2.737 + 0.0494 * pTotal - 0.001123 * pTotal * pTotal;
 420     } else {
 421       deltaP = 3.0643 + 0.01346 *pTotal;
 422     }
 423   } else {
 424     if (pTotal < 15) {
 425       deltaP  = 2.1380 + 0.0351 * pTotal - 0.000853 * pTotal * pTotal;
 426     } else {
 427       deltaP = 2.407 + 0.00702 * pTotal;
 428     }
 429   }
 430   pTotalCorrected = pTotal + deltaP / TMath::Cos(theta);
 431   return pTotalCorrected;
 432 }
 433