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