TRD/AliTRDv1.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 1.13  1999/11/02 17:14:51  fca
  19 Correct ansi scoping not accepted by HP compilers
  20
  21 Revision 1.12  1999/11/02 16:35:56  fca
  22 New version of TRD introduced
  23
  24 Revision 1.11  1999/11/01 20:41:51  fca
  25 Added protections against using the wrong version of FRAME
  26
  27 Revision 1.10  1999/09/29 09:24:35  fca
  28 Introduction of the Copyright and cvs Log
  29
  30 */
  31
  32 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  33 //                                                                           //
  34 //  Transition Radiation Detector version 2 -- slow simulator                //
  35 //                                                                           //
  36 //Begin_Html
  37 /*
  38 <img src="picts/AliTRDfullClass.gif">
  39 */
  40 //End_Html
  41 //                                                                           //
  42 //                                                                           //
  43 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  44
  45 #include <TMath.h>
  46 #include <TVector.h>
  47 #include <TRandom.h>
  48
  49 #include "AliTRDv1.h"
  50 #include "AliTRDmatrix.h"
  51 #include "AliRun.h"
  52 #include "AliMC.h"
  53 #include "AliConst.h"
  54
  55 ClassImp(AliTRDv1)
  56
  57 //_____________________________________________________________________________
  58 AliTRDv1::AliTRDv1(const char *name, const char *title)
  59          :AliTRD(name, title)
  60 {
  61   //
  62   // Standard constructor for Transition Radiation Detector version 2
  63   //
  64
  65   fIdSens        = 0;
  66
  67   fIdChamber1    = 0;
  68   fIdChamber2    = 0;
  69   fIdChamber3    = 0;
  70
  71   fSensSelect    = 0;
  72   fSensPlane     = 0;
  73   fSensChamber   = 0;
  74   fSensSector    = 0;
  75
  76   fGasGain       = 0;
  77   fNoise         = 0;
  78   fChipGain      = 0;
  79   fADCoutRange   = 0;
  80   fADCinRange    = 0;
  81   fADCthreshold  = 0;
  82
  83   fDiffusionT    = 0;
  84   fDiffusionL    = 0;
  85
  86   fClusMaxThresh = 0;
  87   fClusSigThresh = 0;
  88   fClusMethod    = 0;
  89
  90   fDeltaE        = NULL;
  91
  92   SetBufferSize(128000);
  93
  94 }
  95
  96 //_____________________________________________________________________________
  97 AliTRDv1::~AliTRDv1()
  98 {
  99
 100   if (fDeltaE) delete fDeltaE;
 101
 102 }
 103
 104 //_____________________________________________________________________________
 105 void AliTRDv1::CreateGeometry()
 106 {
 107   //
 108   // Create the GEANT geometry for the Transition Radiation Detector - Version 2
 109   // This version covers the full azimuth.
 110   //
 111
 112   // Check that FRAME is there otherwise we have no place where to put the TRD
 113   AliModule* FRAME = gAlice->GetModule("FRAME");
 114   if (!FRAME) return;
 115
 116   // Define the chambers
 117   AliTRD::CreateGeometry();
 118
 119 }
 120
 121 //_____________________________________________________________________________
 122 void AliTRDv1::CreateMaterials()
 123 {
 124   //
 125   // Create materials for the Transition Radiation Detector version 2
 126   //
 127
 128   AliTRD::CreateMaterials();
 129
 130 }
 131
 132 //_____________________________________________________________________________
 133 void AliTRDv1::Diffusion(Float_t driftlength, Float_t *xyz)
 134 {
 135   //
 136   // Applies the diffusion smearing to the position of a single electron
 137   //
 138
 139   if ((driftlength >        0) &&
 140       (driftlength < kDrThick)) {
 141     Float_t driftSqrt = TMath::Sqrt(driftlength);
 142     Float_t sigmaT = driftSqrt * fDiffusionT;
 143     Float_t sigmaL = driftSqrt * fDiffusionL;
 144     xyz[0] = gRandom->Gaus(xyz[0], sigmaL);
 145     xyz[1] = gRandom->Gaus(xyz[1], sigmaT);
 146     xyz[2] = gRandom->Gaus(xyz[2], sigmaT);
 147   }
 148   else {
 149     xyz[0] = 0.0;
 150     xyz[1] = 0.0;
 151     xyz[2] = 0.0;
 152   }
 153
 154 }
 155
 156 //_____________________________________________________________________________
 157 void AliTRDv1::Hits2Digits()
 158 {
 159   //
 160   // Creates TRD digits from hits. This procedure includes the following:
 161   //      - Diffusion
 162   //      - Gas gain including fluctuations
 163   //      - Pad-response (simple Gaussian approximation)
 164   //      - Electronics noise
 165   //      - Electronics gain
 166   //      - Digitization
 167   //      - ADC threshold
 168   // The corresponding parameter can be adjusted via the various Set-functions.
 169   // If these parameters are not explicitly set, default values are used (see
 170   // Init-function).
 171   // To produce digits from a root-file with TRD-hits use the
 172   // slowDigitsCreate.C macro.
 173   //
 174
 175   printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Start creating digits\n");
 176
 177   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 178   // Parameter
 179   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 180
 181   // Converts number of electrons to fC
 182   const Float_t el2fC = 1.602E-19 * 1.0E15;
 183
 184   ///////////////////////////////////////////////////////////////
 185
 186   Int_t nBytes = 0;
 187
 188   Int_t iRow;
 189
 190   AliTRDhit *TRDhit;
 191
 192   // Get the pointer to the hit tree
 193   TTree *HitTree    = gAlice->TreeH();
 194   // Get the pointer to the digits tree
 195   TTree *DigitsTree = gAlice->TreeD();
 196
 197   // Get the number of entries in the hit tree
 198   // (Number of primary particles creating a hit somewhere)
 199   Int_t nTrack = (Int_t) HitTree->GetEntries();
 200
 201   Int_t chamBeg = 0;
 202   Int_t chamEnd = kNcham;
 203   if (fSensChamber) chamEnd = chamBeg = fSensChamber;
 204   Int_t planBeg = 0;
 205   Int_t planEnd = kNplan;
 206   if (fSensPlane)   planEnd = planBeg = fSensPlane;
 207   Int_t sectBeg = 0;
 208   Int_t sectEnd = kNsect;
 209   if (fSensSector)  sectEnd = sectBeg = fSensSector;
 210
 211   // Loop through all the chambers
 212   for (Int_t icham = chamBeg; icham < chamEnd; icham++) {
 213     for (Int_t iplan = planBeg; iplan < planEnd; iplan++) {
 214       for (Int_t isect = sectBeg; isect < sectEnd; isect++) {
 215
 216         Int_t nDigits = 0;
 217
 218         printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Digitizing chamber %d, plane %d, sector %d\n"
 219               ,icham+1,iplan+1,isect+1);
 220
 221         // Create a detector matrix to keep the signal and track numbers
 222         AliTRDmatrix *matrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
 223                                                ,fColMax[iplan]
 224                                                ,fTimeMax
 225                                                ,isect+1,icham+1,iplan+1);
 226
 227         // Loop through all entries in the tree
 228         for (Int_t iTrack = 0; iTrack < nTrack; iTrack++) {
 229
 230           gAlice->ResetHits();
 231           nBytes += HitTree->GetEvent(iTrack);
 232
 233           // Get the number of hits in the TRD created by this particle
 234           Int_t nHit = fHits->GetEntriesFast();
 235
 236           // Loop through the TRD hits
 237           for (Int_t iHit = 0; iHit < nHit; iHit++) {
 238
 239             if (!(TRDhit = (AliTRDhit *) fHits->UncheckedAt(iHit)))
 240               continue;
 241
 242             Float_t x       = TRDhit->fX;
 243             Float_t y       = TRDhit->fY;
 244             Float_t z       = TRDhit->fZ;
 245             Float_t q       = TRDhit->fQ;
 246             Int_t   track   = TRDhit->fTrack;
 247             Int_t   plane   = TRDhit->fPlane;
 248             Int_t   sector  = TRDhit->fSector;
 249             Int_t   chamber = TRDhit->fChamber;
 250
 251             if ((sector  != isect+1) ||
 252                 (plane   != iplan+1) ||
 253                 (chamber != icham+1))
 254               continue;
 255
 256             // Rotate the sectors on top of each other
 257             Float_t phi  = 2.0 * kPI /  (Float_t) kNsect
 258                                * ((Float_t) sector - 0.5);
 259             Float_t xRot = -x * TMath::Cos(phi) + y * TMath::Sin(phi);
 260             Float_t yRot =  x * TMath::Sin(phi) + y * TMath::Cos(phi);
 261             Float_t zRot =  z;
 262
 263             // The hit position in pad coordinates (center pad)
 264             // The pad row (z-direction)
 265             Int_t rowH  = (Int_t) ((zRot -  fRow0[iplan][icham][isect]) / fRowPadSize);
 266             // The pad column (rphi-direction)
 267             Int_t colH  = (Int_t) ((yRot -  fCol0[iplan]              ) / fColPadSize);
 268             // The time bucket
 269             Int_t timeH = (Int_t) ((xRot - fTime0[iplan]              ) / fTimeBinSize);
 270
 271             // Array to sum up the signal in a box surrounding the
 272             // hit postition
 273             const Int_t timeBox = 5;
 274             const Int_t  colBox = 7;
 275             const Int_t  rowBox = 5;
 276             Float_t signalSum[rowBox][colBox][timeBox];
 277             for (iRow  = 0;  iRow <  rowBox; iRow++ ) {
 278               for (Int_t iCol  = 0;  iCol <  colBox; iCol++ ) {
 279                 for (Int_t iTime = 0; iTime < timeBox; iTime++) {
 280                   signalSum[iRow][iCol][iTime] = 0;
 281                 }
 282               }
 283             }
 284
 285             // Loop over all electrons of this hit
 286             Int_t nEl = (Int_t) q;
 287             for (Int_t iEl = 0; iEl < nEl; iEl++) {
 288
 289               // Apply the diffusion smearing
 290               Float_t driftlength = xRot - fTime0[iplan];
 291               Float_t xyz[3];
 292               xyz[0] = xRot;
 293               xyz[1] = yRot;
 294               xyz[2] = zRot;
 295               Diffusion(driftlength,xyz);
 296
 297               // At this point absorption effects that depend on the
 298               // driftlength could be taken into account.
 299
 300               // The electron position and the distance to the hit position
 301               // in pad units
 302               // The pad row (z-direction)
 303               Int_t  rowE = (Int_t) ((xyz[2] -  fRow0[iplan][icham][isect]) / fRowPadSize);
 304               Int_t  rowD =  rowH -  rowE;
 305               // The pad column (rphi-direction)
 306               Int_t  colE = (Int_t) ((xyz[1] -  fCol0[iplan]              ) / fColPadSize);
 307               Int_t  colD =  colH -  colE;
 308               // The time bucket
 309               Int_t timeE = (Int_t) ((xyz[0] - fTime0[iplan]              ) / fTimeBinSize);
 310               Int_t timeD = timeH - timeE;
 311
 312               // Apply the gas gain including fluctuations
 313               Int_t signal = (Int_t) (-fGasGain * TMath::Log(gRandom->Rndm()));
 314
 315               // The distance of the electron to the center of the pad
 316               // in units of pad width
 317               Float_t dist = (xyz[1] - fCol0[iplan] - (colE + 0.5) * fColPadSize)
 318                            / fColPadSize;
 319
 320               // Sum up the signal in the different pixels
 321               // and apply the pad response
 322               Int_t  rowIdx =  rowD + (Int_t) ( rowBox / 2);
 323               Int_t  colIdx =  colD + (Int_t) ( colBox / 2);
 324               Int_t timeIdx = timeD + (Int_t) (timeBox / 2);
 325               signalSum[rowIdx][colIdx-1][timeIdx] += PadResponse(dist-1.) * signal;
 326               signalSum[rowIdx][colIdx  ][timeIdx] += PadResponse(dist   ) * signal;
 327               signalSum[rowIdx][colIdx+1][timeIdx] += PadResponse(dist+1.) * signal;
 328
 329             }
 330
 331             // Add the padcluster to the detector matrix
 332             for (iRow  = 0;  iRow <  rowBox; iRow++ ) {
 333               for (Int_t iCol  = 0;  iCol <  colBox; iCol++ ) {
 334                 for (Int_t iTime = 0; iTime < timeBox; iTime++) {
 335
 336                   Int_t  rowB =  rowH + iRow  - (Int_t) ( rowBox / 2);
 337                   Int_t  colB =  colH + iCol  - (Int_t) ( colBox / 2);
 338                   Int_t timeB = timeH + iTime - (Int_t) (timeBox / 2);
 339
 340                   Float_t signalB = signalSum[iRow][iCol][iTime];
 341                   if (signalB > 0.0) {
 342                     matrix->AddSignal(rowB,colB,timeB,signalB);
 343                     if (!(matrix->AddTrack(rowB,colB,timeB,track)))
 344                       printf(" More than three tracks in a pixel!\n");
 345                   }
 346
 347                 }
 348               }
 349             }
 350
 351           }
 352
 353         }
 354
 355         // Create the hits for this chamber
 356         for (Int_t iRow  = 0; iRow  <  fRowMax[iplan][icham][isect]; iRow++ ) {
 357           for (Int_t iCol  = 0; iCol  <  fColMax[iplan]              ; iCol++ ) {
 358             for (Int_t iTime = 0; iTime < fTimeMax                     ; iTime++) {
 359
 360               Float_t signalAmp = matrix->GetSignal(iRow,iCol,iTime);
 361
 362               // Add the noise
 363               signalAmp  = TMath::Max(gRandom->Gaus(signalAmp,fNoise),(Float_t) 0.0);
 364               // Convert to fC
 365               signalAmp *= el2fC;
 366               // Convert to mV
 367               signalAmp *= fChipGain;
 368               // Convert to ADC counts
 369               Int_t adc  = (Int_t) (signalAmp * (fADCoutRange / fADCinRange));
 370
 371               // Apply threshold on ADC value
 372               if (adc > fADCthreshold) {
 373
 374                 Int_t trackSave[3];
 375                 for (Int_t ii = 0; ii < 3; ii++) {
 376                   trackSave[ii] = matrix->GetTrack(iRow,iCol,iTime,ii);
 377                 }
 378
 379                 Int_t digits[7];
 380                 digits[0] = matrix->GetSector();
 381                 digits[1] = matrix->GetChamber();
 382                 digits[2] = matrix->GetPlane();
 383                 digits[3] = iRow;
 384                 digits[4] = iCol;
 385                 digits[5] = iTime;
 386                 digits[6] = adc;
 387
 388                 // Add this digit to the TClonesArray
 389                 AddDigit(trackSave,digits);
 390                 nDigits++;
 391
 392               }
 393
 394             }
 395           }
 396         }
 397
 398         printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Number of digits found: %d\n",nDigits);
 399
 400         // Clean up
 401         delete matrix;
 402
 403       }
 404     }
 405   }
 406
 407   // Fill the digits-tree
 408   printf("AliTRDv1::Hits2Digits -- Fill the digits tree\n");
 409   DigitsTree->Fill();
 410
 411 }
 412
 413 //_____________________________________________________________________________
 414 void AliTRDv1::Digits2Clusters()
 415 {
 416
 417   //
 418   // Method to convert AliTRDdigits created by AliTRDv1::Hits2Digits()
 419   // into AliTRDclusters
 420   // To produce cluster from a root-file with TRD-digits use the
 421   // slowClusterCreate.C macro.
 422   //
 423
 424   Int_t row;
 425
 426   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Start creating clusters\n");
 427
 428   AliTRDdigit  *TRDdigit;
 429   TClonesArray *TRDDigits;
 430
 431   // Parameters
 432   Float_t maxThresh        = fClusMaxThresh;   // threshold value for maximum
 433   Float_t signalThresh     = fClusSigThresh;   // threshold value for digit signal
 434   Int_t   clusteringMethod = fClusMethod;      // clustering method option (for testing)
 435
 436   const Float_t epsilon    = 0.01;             // iteration limit for unfolding procedure
 437
 438   // Get the pointer to the digits tree
 439   TTree *DigitTree   = gAlice->TreeD();
 440   // Get the pointer to the cluster tree
 441   TTree *ClusterTree = gAlice->TreeD();
 442
 443   // Get the pointer to the digits container
 444   TRDDigits = Digits();
 445
 446   Int_t chamBeg = 0;
 447   Int_t chamEnd = kNcham;
 448   if (fSensChamber) chamEnd = chamBeg = fSensChamber;
 449   Int_t planBeg = 0;
 450   Int_t planEnd = kNplan;
 451   if (fSensPlane)   planEnd = planBeg = fSensPlane;
 452   Int_t sectBeg = 0;
 453   Int_t sectEnd = kNsect;
 454   if (fSensSector)  sectEnd = sectBeg = fSensSector;
 455
 456   // Import the digit tree
 457   gAlice->ResetDigits();
 458   Int_t nbytes;
 459   nbytes += DigitTree->GetEvent(1);
 460
 461   // Get the number of digits in the detector
 462   Int_t nTRDDigits = TRDDigits->GetEntriesFast();
 463
 464   // *** Start clustering *** in every chamber
 465   for (Int_t icham = chamBeg; icham < chamEnd; icham++) {
 466     for (Int_t iplan = planBeg; iplan < planEnd; iplan++) {
 467       for (Int_t isect = sectBeg; isect < sectEnd; isect++) {
 468
 469         Int_t nClusters = 0;
 470         printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Finding clusters in chamber %d, plane %d, sector %d\n"
 471                ,icham+1,iplan+1,isect+1);
 472
 473         // Create a detector matrix to keep maxima
 474         AliTRDmatrix *digitMatrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
 475                                                      ,fColMax[iplan]
 476                                                      ,fTimeMax,isect+1
 477                                                      ,icham+1,iplan+1);
 478         // Create a matrix to contain maximum flags
 479         AliTRDmatrix *maximaMatrix = new AliTRDmatrix(fRowMax[iplan][icham][isect]
 480                                                       ,fColMax[iplan]
 481                                                       ,fTimeMax
 482                                                       ,isect+1,icham+1,iplan+1);
 483
 484         // Loop through all TRD digits
 485         for (Int_t iTRDDigits = 0; iTRDDigits < nTRDDigits; iTRDDigits++) {
 486
 487           // Get the information for this digit
 488           TRDdigit = (AliTRDdigit*) TRDDigits->UncheckedAt(iTRDDigits);
 489           Int_t   signal  = TRDdigit->fSignal;
 490           Int_t   sector  = TRDdigit->fSector;
 491           Int_t   chamber = TRDdigit->fChamber;
 492           Int_t   plane   = TRDdigit->fPlane;
 493           Int_t   row     = TRDdigit->fRow;
 494           Int_t   col     = TRDdigit->fCol;
 495           Int_t   time    = TRDdigit->fTime;
 496
 497           Int_t   track[3];
 498           for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
 499             track[iTrack]  = TRDdigit->AliDigit::fTracks[iTrack];
 500           }
 501
 502           if ((sector  != isect+1) ||
 503               (plane   != iplan+1) ||
 504               (chamber != icham+1))
 505             continue;
 506
 507           // Fill the detector matrix
 508           if (signal > signalThresh) {
 509             digitMatrix->SetSignal(row,col,time,signal);
 510             for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
 511               if (track[iTrack] > 0) {
 512                 digitMatrix->AddTrack(row,col,time,track[iTrack]);
 513               }
 514             }
 515           }
 516
 517         }
 518
 519         // Loop chamber and find maxima in digitMatrix
 520         for (row = 0;  row < fRowMax[iplan][icham][isect];  row++) {
 521           for (Int_t  col = 1;  col < fColMax[iplan]              ;  col++) {
 522             for (Int_t time = 0; time < fTimeMax                    ; time++) {
 523
 524               if (digitMatrix->GetSignal(row,col,time)
 525                   < digitMatrix->GetSignal(row,col - 1,time)) {
 526                 // really maximum?
 527                 if (col > 1) {
 528                   if (digitMatrix->GetSignal(row,col - 2,time)
 529                       < digitMatrix->GetSignal(row,col - 1,time)) {
 530                     // yes, so set maximum flag
 531                     maximaMatrix->SetSignal(row,col - 1,time,1);
 532                   }
 533                   else maximaMatrix->SetSignal(row,col - 1,time,0);
 534                 }
 535               }
 536
 537             }   // time
 538           }     // col
 539         }       // row
 540
 541         // now check maxima and calculate cluster position
 542         for (row = 0;  row < fRowMax[iplan][icham][isect];  row++) {
 543           for (Int_t  col = 1;  col < fColMax[iplan]              ;  col++) {
 544             for (Int_t time = 0; time < fTimeMax                    ; time++) {
 545
 546               if ((maximaMatrix->GetSignal(row,col,time) > 0)
 547                   && (digitMatrix->GetSignal(row,col,time) > maxThresh)) {
 548
 549                 Int_t   clusters[5]        = {0};   // cluster-object data
 550
 551                 Float_t ratio              =  0;    // ratio resulting from unfolding
 552                 Float_t padSignal[5]       = {0};   // signals on max and neighbouring pads
 553                 Float_t clusterSignal[3]   = {0};   // signals from cluster
 554                 Float_t clusterPos[3]      = {0};   // cluster in ALICE refFrame coords
 555                 Float_t clusterPads[6]     = {0};   // cluster pad info
 556
 557                 // setting values
 558                 clusters[0] = isect+1;    // = isect ????
 559                 clusters[1] = icham+1;    // = ichamber ????
 560                 clusters[2] = iplan+1;    // = iplane ????
 561                 clusters[3] = time;
 562
 563                 clusterPads[0] = icham+1;
 564                 clusterPads[1] = isect+1;
 565                 clusterPads[2] = iplan+1;
 566
 567                 for (Int_t iPad = 0; iPad < 3; iPad++) {
 568                   clusterSignal[iPad] = digitMatrix->GetSignal(row,col-1+iPad,time);
 569                 }
 570
 571                 // neighbouring maximum on right side?
 572                 if (col < fColMax[iplan] - 2) {
 573                   if (maximaMatrix->GetSignal(row,col + 2,time) > 0) {
 574                     for (Int_t iPad = 0; iPad < 5; iPad++) {
 575                       padSignal[iPad] = digitMatrix->GetSignal(row,col-1+iPad,time);
 576                     }
 577
 578                     // unfold:
 579                     ratio = Unfold(epsilon, padSignal);
 580
 581                     // set signal on overlapping pad to ratio
 582                     clusterSignal[2] *= ratio;
 583                   }
 584                 }
 585
 586                 switch (clusteringMethod) {
 587                 case 1:
 588                   // method 1: simply center of mass
 589                   clusterPads[3] = row + 0.5;
 590                   clusterPads[4] = col - 0.5 + (clusterSignal[2] - clusterSignal[0]) /
 591                                    (clusterSignal[1] + clusterSignal[2] + clusterSignal[3]);
 592                   clusterPads[5] = time + 0.5;
 593
 594                   nClusters++;
 595                   break;
 596                 case 2:
 597                   // method 2: integral gauss fit on 3 pads
 598                   TH1F *hPadCharges = new TH1F("hPadCharges", "Charges on center 3 pads"
 599                                                             , 5, -1.5, 3.5);
 600                   for (Int_t iCol = -1; iCol <= 3; iCol++) {
 601                     if (clusterSignal[iCol] < 1) clusterSignal[iCol] = 1;
 602                     hPadCharges->Fill(iCol, clusterSignal[iCol]);
 603                   }
 604                   hPadCharges->Fit("gaus", "IQ", "SAME", -0.5, 2.5);
 605                   TF1     *fPadChargeFit = hPadCharges->GetFunction("gaus");
 606                   Double_t  colMean = fPadChargeFit->GetParameter(1);
 607
 608                   clusterPads[3] = row + 0.5;
 609                   clusterPads[4] = col - 1.5 + colMean;
 610                   clusterPads[5] = time + 0.5;
 611
 612                   delete hPadCharges;
 613
 614                   nClusters++;
 615                   break;
 616                 }
 617
 618                 Float_t clusterCharge =   clusterSignal[0]
 619                                         + clusterSignal[1]
 620                                         + clusterSignal[2];
 621                 clusters[4] = (Int_t)clusterCharge;
 622
 623                 Int_t trackSave[3];
 624                 for (Int_t iTrack = 0; iTrack < 3; iTrack++) {
 625                   trackSave[iTrack] = digitMatrix->GetTrack(row,col,time,iTrack);
 626                 }
 627
 628                 // Calculate cluster position in ALICE refFrame coords
 629                 // and set array clusterPos to calculated values
 630                 Pads2XYZ(clusterPads, clusterPos);
 631
 632                 // Add cluster to reconstruction tree
 633                 AddCluster(trackSave,clusters,clusterPos);
 634
 635               }
 636
 637             }  // time
 638           }    // col
 639         }      // row
 640
 641         printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Number of clusters found: %d\n",nClusters);
 642
 643         delete digitMatrix;
 644         delete maximaMatrix;
 645
 646       }          // isect
 647     }            // iplan
 648   }              // icham
 649
 650   // Fill the cluster-tree
 651   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Total number of clusters found: %d\n"
 652         ,fClusters->GetEntries());
 653   printf("AliTRDv1::Digits2Clusters -- Fill the cluster tree\n");
 654   ClusterTree->Fill();
 655
 656 }
 657
 658 //_____________________________________________________________________________
 659 void AliTRDv1::Init()
 660 {
 661   //
 662   // Initialise Transition Radiation Detector after geometry has been built.
 663   // Includes the default settings of all parameter for the digitization.
 664   //
 665
 666   AliTRD::Init();
 667
 668   printf("          Slow simulator\n");
 669   if (fSensPlane)
 670     printf("          Only plane %d is sensitive\n",fSensPlane);
 671   if (fSensChamber)
 672     printf("          Only chamber %d is sensitive\n",fSensChamber);
 673   if (fSensSector)
 674     printf("          Only sector %d is sensitive\n",fSensSector);
 675
 676   // First ionization potential (eV) for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
 677   const Float_t kPoti = 12.1;
 678   // Maximum energy (50 keV);
 679   const Float_t kEend = 50000.0;
 680   // Ermilova distribution for the delta-ray spectrum
 681   Float_t Poti = TMath::Log(kPoti);
 682   Float_t Eend = TMath::Log(kEend);
 683   fDeltaE  = new TF1("deltae",Ermilova,Poti,Eend,0);
 684
 685   // Identifier of the sensitive volume (drift region)
 686   fIdSens     = gMC->VolId("UL05");
 687
 688   // Identifier of the TRD-driftchambers
 689   fIdChamber1 = gMC->VolId("UCIO");
 690   fIdChamber2 = gMC->VolId("UCIM");
 691   fIdChamber3 = gMC->VolId("UCII");
 692
 693   // The default parameter for the digitization
 694   if (!(fGasGain))       fGasGain       = 2.0E3;
 695   if (!(fNoise))         fNoise         = 3000.;
 696   if (!(fChipGain))      fChipGain      = 10.;
 697   if (!(fADCoutRange))   fADCoutRange   = 255.;
 698   if (!(fADCinRange))    fADCinRange    = 2000.;
 699   if (!(fADCthreshold))  fADCthreshold  = 1;
 700
 701   // Transverse and longitudinal diffusion coefficients (Xe/Isobutane)
 702   if (!(fDiffusionT))    fDiffusionT    = 0.060;
 703   if (!(fDiffusionL))    fDiffusionL    = 0.017;
 704
 705   // The default parameter for the clustering
 706   if (!(fClusMaxThresh)) fClusMaxThresh = 5.0;
 707   if (!(fClusSigThresh)) fClusSigThresh = 2.0;
 708   if (!(fClusMethod))    fClusMethod    = 1;
 709
 710   for (Int_t i = 0; i < 80; i++) printf("*");
 711   printf("\n");
 712
 713 }
 714
 715 //_____________________________________________________________________________
 716 Float_t AliTRDv1::PadResponse(Float_t x)
 717 {
 718   //
 719   // The pad response for the chevron pads.
 720   // We use a simple Gaussian approximation which should be good
 721   // enough for our purpose.
 722   //
 723
 724   // The parameters for the response function
 725   const Float_t aa  =  0.8872;
 726   const Float_t bb  = -0.00573;
 727   const Float_t cc  =  0.454;
 728   const Float_t cc2 =  cc*cc;
 729
 730   Float_t pr = aa * (bb + TMath::Exp(-x*x / (2. * cc2)));
 731
 732   return (pr);
 733
 734 }
 735
 736 //_____________________________________________________________________________
 737 void AliTRDv1::SetSensPlane(Int_t iplane)
 738 {
 739   //
 740   // Defines the hit-sensitive plane (1-6)
 741   //
 742
 743   if ((iplane < 0) || (iplane > 6)) {
 744     printf("Wrong input value: %d\n",iplane);
 745     printf("Use standard setting\n");
 746     fSensPlane  = 0;
 747     fSensSelect = 0;
 748     return;
 749   }
 750
 751   fSensSelect = 1;
 752   fSensPlane  = iplane;
 753
 754 }
 755
 756 //_____________________________________________________________________________
 757 void AliTRDv1::SetSensChamber(Int_t ichamber)
 758 {
 759   //
 760   // Defines the hit-sensitive chamber (1-5)
 761   //
 762
 763   if ((ichamber < 0) || (ichamber > 5)) {
 764     printf("Wrong input value: %d\n",ichamber);
 765     printf("Use standard setting\n");
 766     fSensChamber = 0;
 767     fSensSelect  = 0;
 768     return;
 769   }
 770
 771   fSensSelect  = 1;
 772   fSensChamber = ichamber;
 773
 774 }
 775
 776 //_____________________________________________________________________________
 777 void AliTRDv1::SetSensSector(Int_t isector)
 778 {
 779   //
 780   // Defines the hit-sensitive sector (1-18)
 781   //
 782
 783   if ((isector < 0) || (isector > 18)) {
 784     printf("Wrong input value: %d\n",isector);
 785     printf("Use standard setting\n");
 786     fSensSector = 0;
 787     fSensSelect = 0;
 788     return;
 789   }
 790
 791   fSensSelect = 1;
 792   fSensSector = isector;
 793
 794 }
 795
 796 //_____________________________________________________________________________
 797 void AliTRDv1::StepManager()
 798 {
 799   //
 800   // Called at every step in the Transition Radiation Detector version 2.
 801   // Slow simulator. Every charged track produces electron cluster as hits
 802   // along its path across the drift volume. The step size is set acording
 803   // to Bethe-Bloch. The energy distribution of the delta electrons follows
 804   // a spectrum taken from Ermilova et al.
 805   //
 806
 807   Int_t    iIdSens, icSens;
 808   Int_t    iIdSpace, icSpace;
 809   Int_t    iIdChamber, icChamber;
 810   Int_t    vol[3];
 811   Int_t    iPid;
 812
 813   Float_t  hits[4];
 814   Float_t  random[1];
 815   Float_t  charge;
 816   Float_t  aMass;
 817
 818   Double_t pTot;
 819   Double_t qTot;
 820   Double_t eDelta;
 821   Double_t betaGamma, pp;
 822
 823   TLorentzVector pos, mom;
 824   TClonesArray  &lhits = *fHits;
 825
 826   const Double_t kBig = 1.0E+12;
 827
 828   // Ionization energy
 829   const Float_t kWion    = 22.04;
 830   // Maximum energy for e+ e- g for the step-size calculation
 831   const Float_t kPTotMax = 0.002;
 832   // Plateau value of the energy-loss for electron in xenon
 833   // taken from: Allison + Comb, Ann. Rev. Nucl. Sci. (1980), 30, 253
 834   //const Double_t kPlateau = 1.70;
 835   // the averaged value (26/3/99)
 836   const Float_t kPlateau = 1.55;
 837   // dN1/dx|min for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
 838   const Float_t kPrim    = 48.0;
 839   // First ionization potential (eV) for the gas mixture (90% Xe + 10% CO2)
 840   const Float_t kPoti    = 12.1;
 841
 842   // Set the maximum step size to a very large number for all
 843   // neutral particles and those outside the driftvolume
 844   gMC->SetMaxStep(kBig);
 845
 846   // Use only charged tracks
 847   if (( gMC->TrackCharge()       ) &&
 848       (!gMC->IsTrackStop()       ) &&
 849       (!gMC->IsTrackDisappeared())) {
 850
 851     // Inside a sensitive volume?
 852     iIdSens = gMC->CurrentVolID(icSens);
 853     if (iIdSens == fIdSens) {
 854
 855       iIdSpace   = gMC->CurrentVolOffID(4,icSpace  );
 856       iIdChamber = gMC->CurrentVolOffID(1,icChamber);
 857
 858       // Calculate the energy of the delta-electrons
 859       eDelta = TMath::Exp(fDeltaE->GetRandom()) - kPoti;
 860       eDelta = TMath::Max(eDelta,0.0);
 861
 862       // The number of secondary electrons created
 863       qTot = (Double_t) ((Int_t) (eDelta / kWion) + 1);
 864
 865       // The hit coordinates and charge
 866       gMC->TrackPosition(pos);
 867       hits[0] = pos[0];
 868       hits[1] = pos[1];
 869       hits[2] = pos[2];
 870       hits[3] = qTot;
 871
 872       // The sector number
 873       Float_t phi = pos[1] != 0 ? TMath::Atan2(pos[0],pos[1]) : (pos[0] > 0 ? 180. : 0.);
 874       vol[0] = ((Int_t) (phi / 20)) + 1;
 875
 876       // The chamber number
 877       //   1: outer left
 878       //   2: middle left
 879       //   3: inner
 880       //   4: middle right
 881       //   5: outer right
 882       if      (iIdChamber == fIdChamber1)
 883         vol[1] = (hits[2] < 0 ? 1 : 5);
 884       else if (iIdChamber == fIdChamber2)
 885         vol[1] = (hits[2] < 0 ? 2 : 4);
 886       else if (iIdChamber == fIdChamber3)
 887         vol[1] = 3;
 888
 889       // The plane number
 890       vol[2] = icChamber - TMath::Nint((Float_t) (icChamber / 7)) * 6;
 891
 892       // Check on selected volumes
 893       Int_t addthishit = 1;
 894       if (fSensSelect) {
 895         if ((fSensPlane)   && (vol[2] != fSensPlane  )) addthishit = 0;
 896         if ((fSensChamber) && (vol[1] != fSensChamber)) addthishit = 0;
 897         if ((fSensSector)  && (vol[0] != fSensSector )) addthishit = 0;
 898       }
 899
 900       // Add this hit
 901       if (addthishit) {
 902
 903         new(lhits[fNhits++]) AliTRDhit(fIshunt,gAlice->CurrentTrack(),vol,hits);
 904
 905         // The energy loss according to Bethe Bloch
 906         gMC->TrackMomentum(mom);
 907         pTot = mom.Rho();
 908         iPid = gMC->TrackPid();
 909         if ( (iPid >  3) ||
 910             ((iPid <= 3) && (pTot < kPTotMax))) {
 911           aMass     = gMC->TrackMass();
 912           betaGamma = pTot / aMass;
 913           pp        = kPrim * BetheBloch(betaGamma);
 914           // Take charge > 1 into account
 915           charge = gMC->TrackCharge();
 916           if (TMath::Abs(charge) > 1) pp = pp * charge*charge;
 917         }
 918         // Electrons above 20 Mev/c are at the plateau
 919         else {
 920           pp = kPrim * kPlateau;
 921         }
 922
 923         // Calculate the maximum step size for the next tracking step
 924         if (pp > 0) {
 925           do
 926             gMC->Rndm(random,1);
 927           while ((random[0] == 1.) || (random[0] == 0.));
 928           gMC->SetMaxStep( - TMath::Log(random[0]) / pp);
 929         }
 930
 931       }
 932       else {
 933         // set step size to maximal value
 934         gMC->SetMaxStep(kBig);
 935       }
 936
 937     }
 938
 939   }
 940
 941 }
 942
 943 //_____________________________________________________________________________
 944 Double_t AliTRDv1::BetheBloch(Double_t bg)
 945 {
 946   //
 947   // Parametrization of the Bethe-Bloch-curve
 948   // The parametrization is the same as for the TPC and is taken from Lehrhaus.
 949   //
 950
 951   // This parameters have been adjusted to averaged values from GEANT
 952   const Double_t kP1 = 7.17960e-02;
 953   const Double_t kP2 = 8.54196;
 954   const Double_t kP3 = 1.38065e-06;
 955   const Double_t kP4 = 5.30972;
 956   const Double_t kP5 = 2.83798;
 957
 958   // This parameters have been adjusted to Xe-data found in:
 959   // Allison & Cobb, Ann. Rev. Nucl. Sci. (1980), 30, 253
 960   //const Double_t kP1 = 0.76176E-1;
 961   //const Double_t kP2 = 10.632;
 962   //const Double_t kP3 = 3.17983E-6;
 963   //const Double_t kP4 = 1.8631;
 964   //const Double_t kP5 = 1.9479;
 965
 966   if (bg > 0) {
 967     Double_t yy = bg / TMath::Sqrt(1. + bg*bg);
 968     Double_t aa = TMath::Power(yy,kP4);
 969     Double_t bb = TMath::Power((1./bg),kP5);
 970              bb = TMath::Log(kP3 + bb);
 971     return ((kP2 - aa - bb)*kP1 / aa);
 972   }
 973   else
 974     return 0;
 975
 976 }
 977
 978 //_____________________________________________________________________________
 979 Double_t Ermilova(Double_t *x, Double_t *)
 980 {
 981   //
 982   // Calculates the delta-ray energy distribution according to Ermilova.
 983   // Logarithmic scale !
 984   //
 985
 986   Double_t energy;
 987   Double_t dpos;
 988   Double_t dnde;
 989
 990   Int_t    pos1, pos2;
 991
 992   const Int_t nV = 31;
 993
 994   Float_t vxe[nV] = { 2.3026, 2.9957, 3.4012, 3.6889, 3.9120
 995                     , 4.0943, 4.2485, 4.3820, 4.4998, 4.6052
 996                     , 4.7005, 5.0752, 5.2983, 5.7038, 5.9915
 997                     , 6.2146, 6.5221, 6.9078, 7.3132, 7.6009
 998                     , 8.0064, 8.5172, 8.6995, 8.9872, 9.2103
 999                     , 9.4727, 9.9035,10.3735,10.5966,10.8198
1000                     ,11.5129 };
1001
1002   Float_t vye[nV] = { 80.0  , 31.0  , 23.3  , 21.1  , 21.0
1003                     , 20.9  , 20.8  , 20.0  , 16.0  , 11.0
1004                     ,  8.0  ,  6.0  ,  5.2  ,  4.6  ,  4.0
1005                     ,  3.5  ,  3.0  ,  1.4  ,  0.67 ,  0.44
1006                     ,  0.3  ,  0.18 ,  0.12 ,  0.08 ,  0.056
1007                     ,  0.04 ,  0.023,  0.015,  0.011,  0.01
1008                     ,  0.004 };
1009
1010   energy = x[0];
1011
1012   // Find the position
1013   pos1 = pos2 = 0;
1014   dpos = 0;
1015   do {
1016     dpos = energy - vxe[pos2++];
1017   }
1018   while (dpos > 0);
1019   pos2--;
1020   if (pos2 > nV) pos2 = nV;
1021   pos1 = pos2 - 1;
1022
1023   // Differentiate between the sampling points
1024   dnde = (vye[pos1] - vye[pos2]) / (vxe[pos2] - vxe[pos1]);
1025
1026   return dnde;
1027
1028 }
1029
1030 //_____________________________________________________________________________
1031 void AliTRDv1::Pads2XYZ(Float_t *pads, Float_t *pos)
1032 {
1033   // Method to convert pad coordinates (row,col,time)
1034   // into ALICE reference frame coordinates (x,y,z)
1035
1036   Int_t        chamber   = (Int_t) pads[0];     // chamber info (1-5)
1037   Int_t        sector    = (Int_t) pads[1];     // sector info  (1-18)
1038   Int_t        plane     = (Int_t) pads[2];     // plane info   (1-6)
1039
1040   Int_t        icham     = chamber - 1;         // chamber info (0-4)
1041   Int_t        isect     = sector  - 1;         // sector info  (0-17)
1042   Int_t        iplan     = plane   - 1;         // plane info   (0-5)
1043
1044   Float_t      padRow    = pads[3];             // Pad Row position
1045   Float_t      padCol    = pads[4];             // Pad Column position
1046   Float_t      timeSlice = pads[5];             // Time "position"
1047
1048   // calculate (x,y) position in rotated chamber
1049   Float_t yRot = fCol0[iplan]               + padCol    * fColPadSize;
1050   Float_t xRot = fTime0[iplan]              + timeSlice * fTimeBinSize;
1051   // calculate z-position:
1052   Float_t z    = fRow0[iplan][icham][isect] + padRow    * fRowPadSize;
1053
1054   /**
1055     rotate chamber back to original position
1056     1. mirror at y-axis, 2. rotate back to position (-phi)
1057     / cos(phi) -sin(phi) \   / -1 0 \     / -cos(phi) -sin(phi) \
1058     \ sin(phi)  cos(phi) / * \  0 1 /  =  \ -sin(phi)  cos(phi) /
1059   **/
1060   //Float_t phi = 2*kPI / kNsect * ((Float_t) sector - 0.5);
1061   //Float_t x = -xRot * TMath::Cos(phi) - yRot * TMath::Sin(phi);
1062   //Float_t y = -xRot * TMath::Sin(phi) + yRot * TMath::Cos(phi);
1063   Float_t phi = 2*kPI / kNsect * ((Float_t) sector - 0.5);
1064   Float_t x   = -xRot * TMath::Cos(phi) + yRot * TMath::Sin(phi);
1065   Float_t y   =  xRot * TMath::Sin(phi) + yRot * TMath::Cos(phi);
1066
1067   // Setting values
1068   pos[0] = x;
1069   pos[1] = y;
1070   pos[2] = z;
1071
1072 }
1073
1074 //_____________________________________________________________________________
1075 Float_t AliTRDv1::Unfold(Float_t eps, Float_t* padSignal)
1076 {
1077   // Method to unfold neighbouring maxima.
1078   // The charge ratio on the overlapping pad is calculated
1079   // until there is no more change within the range given by eps.
1080   // The resulting ratio is then returned to the calling method.
1081
1082   Int_t   itStep            = 0;      // count iteration steps
1083
1084   Float_t ratio             = 0.5;    // start value for ratio
1085   Float_t prevRatio         = 0;      // store previous ratio
1086
1087   Float_t newLeftSignal[3]  = {0};    // array to store left cluster signal
1088   Float_t newRightSignal[3] = {0};    // array to store right cluster signal
1089
1090   // start iteration:
1091   while ((TMath::Abs(prevRatio - ratio) > eps) && (itStep < 10)) {
1092
1093     itStep++;
1094     prevRatio = ratio;
1095
1096     // cluster position according to charge ratio
1097     Float_t maxLeft  = (ratio*padSignal[2] - padSignal[0]) /
1098                        (padSignal[0] + padSignal[1] + ratio*padSignal[2]);
1099     Float_t maxRight = (padSignal[4] - (1-ratio)*padSignal[2]) /
1100                        ((1-ratio)*padSignal[2] + padSignal[3] + padSignal[4]);
1101
1102     // set cluster charge ratio
1103     Float_t ampLeft  = padSignal[1];
1104     Float_t ampRight = padSignal[3];
1105
1106     // apply pad response to parameters
1107     newLeftSignal[0] = ampLeft*PadResponse(-1 - maxLeft);
1108     newLeftSignal[1] = ampLeft*PadResponse( 0 - maxLeft);
1109     newLeftSignal[2] = ampLeft*PadResponse( 1 - maxLeft);
1110
1111     newRightSignal[0] = ampRight*PadResponse(-1 - maxRight);
1112     newRightSignal[1] = ampRight*PadResponse( 0 - maxRight);
1113     newRightSignal[2] = ampRight*PadResponse( 1 - maxRight);
1114
1115     // calculate new overlapping ratio
1116     ratio = newLeftSignal[2]/(newLeftSignal[2] + newRightSignal[0]);
1117
1118   }
1119
1120   return ratio;
1121
1122 }
1123