First MC version
[u/mrichter/AliRoot.git] / HMPID / AliHMPIDParam.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 #include "AliHMPIDParam.h"  //class header
16 #include "AliHMPIDDigit.h"  //ctor
17 #include "AliLog.h"         //general
18 #include <AliRunLoader.h>   //Stack()
19 #include <AliStack.h>       //Stack()
20 #include "AliCDBManager.h"  //ctor
21 #include "AliCDBEntry.h"    //ctor
22 #include <TLatex.h>         //TestTrans()  
23 #include <TView.h>          //TestTrans()
24 #include <TPolyMarker3D.h>  //TestTrans()
25 #include <TRotation.h>
26 #include <TParticle.h>      //Stack()    
27 #include <TGeoPhysicalNode.h> //ctor
28 #include <TGeoBBox.h>
29 #include <TF1.h>                 //ctor
30
31 ClassImp(AliHMPIDParam)
32
33
34 // Mathieson constant definition
35 const Double_t AliHMPIDParam::fgkD     = 0.222500;  // ANODE-CATHODE distance 0.445/2
36 //                                                                                          K3 = 0.66 along the wires (anode-cathode/wire pitch=0.5625)
37 const Double_t AliHMPIDParam::fgkSqrtK3x = TMath::Sqrt(0.66);
38 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK2x     = TMath::PiOver2()*(1 - 0.5*fgkSqrtK3x);
39 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK1x     = 0.25*fgkK2x*fgkSqrtK3x/TMath::ATan(fgkSqrtK3x);
40 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK4x     = fgkK1x/(fgkK2x*fgkSqrtK3x);
41 //                                                                                          K3 = 0.87 along the wires (anode-cathode/wire pitch=0.5625)
42 const Double_t AliHMPIDParam::fgkSqrtK3y = TMath::Sqrt(0.87);
43 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK2y     = TMath::PiOver2()*(1 - 0.5*fgkSqrtK3y);
44 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK1y     = 0.25*fgkK2y*fgkSqrtK3y/TMath::ATan(fgkSqrtK3y);
45 const Double_t AliHMPIDParam::fgkK4y     = fgkK1y/(fgkK2y*fgkSqrtK3y);
46 //
47   
48
49 Float_t AliHMPIDParam::fgkMinPcX[]={0.,0.,0.,0.,0.,0.};
50 Float_t AliHMPIDParam::fgkMaxPcX[]={0.,0.,0.,0.,0.,0.};
51 Float_t AliHMPIDParam::fgkMinPcY[]={0.,0.,0.,0.,0.,0.};
52 Float_t AliHMPIDParam::fgkMaxPcY[]={0.,0.,0.,0.,0.,0.};
53
54 Bool_t AliHMPIDParam::fgMapPad[160][144][7];
55
56 Float_t AliHMPIDParam::fgCellX=0.;
57 Float_t AliHMPIDParam::fgCellY=0.;
58
59 Float_t AliHMPIDParam::fgPcX=0;
60 Float_t AliHMPIDParam::fgPcY=0;
61
62 Float_t AliHMPIDParam::fgAllX=0;
63 Float_t AliHMPIDParam::fgAllY=0;
64
65 Bool_t AliHMPIDParam::fgInstanceType=kTRUE;  
66
67 AliHMPIDParam* AliHMPIDParam::fgInstance=0x0;        //singleton pointer               
68
69 Int_t AliHMPIDParam::fgSigmas=4;
70
71 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
72 AliHMPIDParam::AliHMPIDParam(Bool_t noGeo=kFALSE):
73   TNamed("HmpidParam","default version"),
74   fX(0), fY(0), fRefIdx(1.28947),fPhotEMean(6.675),fTemp(25)                          //just set a refractive index for C6F14 at ephot=6.675 eV @ T=25 C
75 {
76 // Here all the intitializition is taken place when AliHMPIDParam::Instance() is invoked for the first time.
77 // In particular, matrices to be used for LORS<->MARS trasnformations are initialized from TGeo structure.    
78 // Note that TGeoManager should be already initialized from geometry.root file  
79
80   AliCDBManager *pCDB = AliCDBManager::Instance();
81   if(!pCDB) {
82      AliWarning("No Nmean C6F14 from OCDB. Default is taken from ctor.");
83   } else {
84     AliCDBEntry *pNmeanEnt =pCDB->Get("HMPID/Calib/Nmean"); //contains TObjArray of 42 TF1 + 1 EPhotMean
85     if(!pNmeanEnt) {
86       AliWarning("No Nmean C6F14 from OCDB. Default is taken from ctor.");
87     } else {
88       TObjArray *pNmean = (TObjArray*)pNmeanEnt->GetObject();
89       if(pNmean->GetEntries()==43) {                                               //for backward compatibility
90         Double_t tmin,tmax;
91         ((TF1*)pNmean->At(42))->GetRange(tmin,tmax);
92         fPhotEMean = ((TF1*)pNmean->At(42))->Eval(tmin);                          //photon eMean from OCDB
93         AliInfo(Form("EPhotMean = %f eV successfully loaded from OCDB",fPhotEMean));
94       } else {
95         AliWarning("For backward compatibility EPhotMean is taken from ctor.");
96       }
97     }
98   }
99
100   fRefIdx = MeanIdxRad(); //initialization of the running ref. index of freon
101   
102   Float_t dead=2.6;// cm of the dead zones between PCs-> See 2CRC2099P1
103
104
105   if(noGeo==kTRUE) fgInstanceType=kFALSE;                                                   //instance from ideal geometry, no actual geom is present
106     
107   if(noGeo==kFALSE && !gGeoManager)  
108   {
109     TGeoManager::Import("geometry.root");
110     if(!gGeoManager) AliFatal("!!!!!!No geometry loaded!!!!!!!");
111   }
112   
113   fgCellX=0.8;fgCellY=0.84;
114   
115   if(!noGeo==kTRUE){
116     TGeoVolume *pCellVol = gGeoManager->GetVolume("Hcel");
117     if(pCellVol) {
118       TGeoBBox *bcell = (TGeoBBox *)pCellVol->GetShape();
119       fgCellX=2.*bcell->GetDX(); fgCellY = 2.*bcell->GetDY();  // overwrite the values with the read ones
120     }
121   }    
122   fgPcX=80.*fgCellX; fgPcY = 48.*fgCellY;
123   fgAllX=2.*fgPcX+dead;
124   fgAllY=3.*fgPcY+2.*dead;
125
126   fgkMinPcX[1]=fgPcX+dead; fgkMinPcX[3]=fgkMinPcX[1];  fgkMinPcX[5]=fgkMinPcX[3];
127   fgkMaxPcX[0]=fgPcX; fgkMaxPcX[2]=fgkMaxPcX[0];  fgkMaxPcX[4]=fgkMaxPcX[2];
128   fgkMaxPcX[1]=fgAllX; fgkMaxPcX[3]=fgkMaxPcX[1];  fgkMaxPcX[5]=fgkMaxPcX[3];
129
130   fgkMinPcY[2]=fgPcY+dead; fgkMinPcY[3]=fgkMinPcY[2];  
131   fgkMinPcY[4]=2.*fgPcY+2.*dead; fgkMinPcY[5]=fgkMinPcY[4];
132   fgkMaxPcY[0]=fgPcY; fgkMaxPcY[1]=fgkMaxPcY[0];  
133   fgkMaxPcY[2]=2.*fgPcY+dead; fgkMaxPcY[3]=fgkMaxPcY[2]; 
134   fgkMaxPcY[4]=fgAllY; fgkMaxPcY[5]=fgkMaxPcY[4];   
135     
136   fX=0.5*SizeAllX();
137   fY=0.5*SizeAllY();
138   
139       
140   for(Int_t ich=kMinCh;ich<=kMaxCh;ich++) {
141     for(Int_t padx=0;padx<160;padx++) {
142        for(Int_t pady=0;pady<144;pady++) {
143          fgMapPad[padx][pady][ich] = kTRUE;             //init all the pads are active at the beginning....
144        }
145      }
146    }
147      
148
149   for(Int_t i=kMinCh;i<=kMaxCh;i++)
150     if(gGeoManager && gGeoManager->IsClosed()) {
151       TGeoPNEntry* pne = gGeoManager->GetAlignableEntry(Form("/HMPID/Chamber%i",i));
152       if (!pne) {
153         AliErrorClass(Form("The symbolic volume %s does not correspond to any physical entry!",Form("HMPID_%i",i)));
154         fM[i]=new TGeoHMatrix;
155         IdealPosition(i,fM[i]);
156       } else {
157         TGeoPhysicalNode *pnode = pne->GetPhysicalNode();
158         if(pnode) fM[i]=new TGeoHMatrix(*(pnode->GetMatrix()));
159         else {
160           fM[i]=new TGeoHMatrix;
161           IdealPosition(i,fM[i]);
162         }
163       }
164     } else{
165       fM[i]=new TGeoHMatrix;
166       IdealPosition(i,fM[i]);
167     } 
168   fgInstance=this; 
169 }//ctor
170 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
171 void AliHMPIDParam::Print(Option_t* opt) const
172 {
173 // print some usefull (hopefully) info on some internal guts of HMPID parametrisation 
174   
175   for(Int_t i=0;i<7;i++) fM[i]->Print(opt);
176 }//Print()
177 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
178 void AliHMPIDParam::IdealPosition(Int_t iCh, TGeoHMatrix *pMatrix)
179 {
180 // Construct ideal position matrix for a given chamber
181 // Arguments: iCh- chamber ID; pMatrix- pointer to precreated unity matrix where to store the results
182 //   Returns: none
183   const Double_t kAngHor=19.5;        //  horizontal angle between chambers  19.5 grad
184   const Double_t kAngVer=20;          //  vertical angle between chambers    20   grad     
185   const Double_t kAngCom=30;          //  common HMPID rotation with respect to x axis  30   grad     
186   const Double_t kTrans[3]={490,0,0}; //  center of the chamber is on window-gap surface
187   pMatrix->RotateY(90);               //  rotate around y since initial position is in XY plane -> now in YZ plane
188   pMatrix->SetTranslation(kTrans);    //  now plane in YZ is shifted along x 
189   switch(iCh){
190     case 0:                pMatrix->RotateY(kAngHor);  pMatrix->RotateZ(-kAngVer);  break; //right and down 
191     case 1:                                            pMatrix->RotateZ(-kAngVer);  break; //down              
192     case 2:                pMatrix->RotateY(kAngHor);                               break; //right 
193     case 3:                                                                         break; //no rotation
194     case 4:                pMatrix->RotateY(-kAngHor);                              break; //left   
195     case 5:                                            pMatrix->RotateZ(kAngVer);   break; //up
196     case 6:                pMatrix->RotateY(-kAngHor); pMatrix->RotateZ(kAngVer);   break; //left and up 
197   }
198   pMatrix->RotateZ(kAngCom);     //apply common rotation  in XY plane    
199    
200 }
201 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
202 Int_t AliHMPIDParam::Stack(Int_t evt,Int_t tid)
203 {
204 // Prints some useful info from stack
205 // Arguments: evt - event number. if not -1 print info only for that event
206 //            tid - track id. if not -1 then print it and all it's mothers if any   
207 //   Returns: mother tid of the given tid if any
208   AliRunLoader *pAL=AliRunLoader::Open(); 
209   if(pAL->LoadHeader()) return -1;
210   if(pAL->LoadKinematics()) return -1;
211   
212   Int_t mtid=-1;
213   Int_t iNevt=pAL->GetNumberOfEvents();
214   
215   for(Int_t iEvt=0;iEvt<iNevt;iEvt++){//events loop
216     if(evt!=-1 && evt!=iEvt) continue; //in case one needs to print the requested event, ignore all others
217     pAL->GetEvent(iEvt);    
218     AliStack *pStack=pAL->Stack();  
219     if(tid==-1){                        //print all tids for this event
220       for(Int_t i=0;i<pStack->GetNtrack();i++) pStack->Particle(i)->Print();
221           Printf("totally %i tracks including %i primaries for event %i out of %i event(s)",
222           pStack->GetNtrack(),pStack->GetNprimary(),iEvt,iNevt);
223     }else{                              //print only this tid and it;s mothers
224       if(tid<0 || tid>pStack->GetNtrack()) {Printf("Wrong tid, valid tid range for event %i is 0-%i",iEvt,pStack->GetNtrack());break;}
225       TParticle *pTrack=pStack->Particle(tid); mtid=pTrack->GetFirstMother();
226       TString str=pTrack->GetName();
227       while((tid=pTrack->GetFirstMother()) >= 0){
228         pTrack=pStack->Particle(tid);
229         str+=" from ";str+=pTrack->GetName();
230       } 
231     }//if(tid==-1)      
232   }//events loop
233   pAL->UnloadHeader();  pAL->UnloadKinematics();
234   return mtid;
235 }
236 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
237 Int_t AliHMPIDParam::StackCount(Int_t pid,Int_t evt)
238 {
239 // Counts total number of particles of given sort (including secondary) for a given event
240   AliRunLoader *pAL=AliRunLoader::Open(); 
241   pAL->GetEvent(evt);    
242   if(pAL->LoadHeader()) return 0;
243   if(pAL->LoadKinematics()) return 0;
244   AliStack *pStack=pAL->Stack();
245   
246   Int_t iCnt=0;
247   for(Int_t i=0;i<pStack->GetNtrack();i++) if(pStack->Particle(i)->GetPdgCode()==pid) iCnt++;
248   
249   pAL->UnloadHeader();  pAL->UnloadKinematics();
250   return iCnt;
251 }
252 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
253 Double_t AliHMPIDParam::Sigma2(Double_t trkTheta,Double_t trkPhi,Double_t ckovTh, Double_t ckovPh)
254 {
255 // Analithical calculation of total error (as a sum of localization, geometrical and chromatic errors) on Cerenkov angle for a given Cerenkov photon 
256 // created by a given MIP. Fromulae according to CERN-EP-2000-058 
257 // Arguments: Cerenkov and azimuthal angles for Cerenkov photon, [radians]
258 //            dip and azimuthal angles for MIP taken at the entrance to radiator, [radians]        
259 //            MIP beta
260 //   Returns: absolute error on Cerenkov angle, [radians]    
261   
262   TVector3 v(-999,-999,-999);
263   Double_t trkBeta = 1./(TMath::Cos(ckovTh)*GetRefIdx());
264   
265   if(trkBeta > 1) trkBeta = 1;                 //protection against bad measured thetaCer  
266   if(trkBeta < 0) trkBeta = 0.0001;            //
267
268   v.SetX(SigLoc (trkTheta,trkPhi,ckovTh,ckovPh,trkBeta));
269   v.SetY(SigGeom(trkTheta,trkPhi,ckovTh,ckovPh,trkBeta));
270   v.SetZ(SigCrom(trkTheta,trkPhi,ckovTh,ckovPh,trkBeta));
271
272   return v.Mag2();
273 }
274 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
275 Double_t AliHMPIDParam::SigLoc(Double_t trkTheta,Double_t trkPhi,Double_t thetaC, Double_t phiC,Double_t betaM)
276 {
277 // Analitical calculation of localization error (due to finite segmentation of PC) on Cerenkov angle for a given Cerenkov photon 
278 // created by a given MIP. Fromulae according to CERN-EP-2000-058 
279 // Arguments: Cerenkov and azimuthal angles for Cerenkov photon, [radians]
280 //            dip and azimuthal angles for MIP taken at the entrance to radiator, [radians]        
281 //            MIP beta
282 //   Returns: absolute error on Cerenkov angle, [radians]    
283   
284   Double_t phiDelta = phiC - trkPhi;
285
286   Double_t sint     = TMath::Sin(trkTheta);
287   Double_t cost     = TMath::Cos(trkTheta);
288   Double_t sinf     = TMath::Sin(trkPhi);
289   Double_t cosf     = TMath::Cos(trkPhi);
290   Double_t sinfd    = TMath::Sin(phiDelta);
291   Double_t cosfd    = TMath::Cos(phiDelta);
292   Double_t tantheta = TMath::Tan(thetaC);
293   
294   Double_t alpha =cost-tantheta*cosfd*sint;                                                 // formula (11)
295   Double_t k = 1.-GetRefIdx()*GetRefIdx()+alpha*alpha/(betaM*betaM);        // formula (after 8 in the text)
296   if (k<0) return 1e10;
297   Double_t mu =sint*sinf+tantheta*(cost*cosfd*sinf+sinfd*cosf);                             // formula (10)
298   Double_t e  =sint*cosf+tantheta*(cost*cosfd*cosf-sinfd*sinf);                             // formula (9)
299
300   Double_t kk = betaM*TMath::Sqrt(k)/(GapThick()*alpha);                            // formula (6) and (7)
301   Double_t dtdxc = kk*(k*(cosfd*cosf-cost*sinfd*sinf)-(alpha*mu/(betaM*betaM))*sint*sinfd); // formula (6)           
302   Double_t dtdyc = kk*(k*(cosfd*sinf+cost*sinfd*cosf)+(alpha* e/(betaM*betaM))*sint*sinfd); // formula (7)            pag.4
303
304   Double_t errX = 0.2,errY=0.25;                                                            //end of page 7
305   return  TMath::Sqrt(errX*errX*dtdxc*dtdxc + errY*errY*dtdyc*dtdyc);
306 }
307 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
308 Double_t AliHMPIDParam::SigCrom(Double_t trkTheta,Double_t trkPhi,Double_t thetaC, Double_t phiC,Double_t betaM)
309 {
310 // Analitical calculation of chromatic error (due to lack of knowledge of Cerenkov photon energy) on Cerenkov angle for a given Cerenkov photon 
311 // created by a given MIP. Fromulae according to CERN-EP-2000-058 
312 // Arguments: Cerenkov and azimuthal angles for Cerenkov photon, [radians]
313 //            dip and azimuthal angles for MIP taken at the entrance to radiator, [radians]        
314 //            MIP beta
315 //   Returns: absolute error on Cerenkov angle, [radians]    
316   
317   Double_t phiDelta = phiC - trkPhi;
318
319   Double_t sint     = TMath::Sin(trkTheta);
320   Double_t cost     = TMath::Cos(trkTheta);
321   Double_t cosfd    = TMath::Cos(phiDelta);
322   Double_t tantheta = TMath::Tan(thetaC);
323   
324   Double_t alpha =cost-tantheta*cosfd*sint;                                                 // formula (11)
325   Double_t dtdn = cost*GetRefIdx()*betaM*betaM/(alpha*tantheta);                    // formula (12)
326             
327 //  Double_t f = 0.00928*(7.75-5.635)/TMath::Sqrt(12.);
328   Double_t f = 0.0172*(7.75-5.635)/TMath::Sqrt(24.);
329
330   return f*dtdn;
331 }//SigCrom()
332 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
333 Double_t AliHMPIDParam::SigGeom(Double_t trkTheta,Double_t trkPhi,Double_t thetaC, Double_t phiC,Double_t betaM)
334 {
335 // Analitical calculation of geometric error (due to lack of knowledge of creation point in radiator) on Cerenkov angle for a given Cerenkov photon 
336 // created by a given MIP. Formulae according to CERN-EP-2000-058 
337 // Arguments: Cerenkov and azimuthal angles for Cerenkov photon, [radians]
338 //            dip and azimuthal angles for MIP taken at the entrance to radiator, [radians]        
339 //            MIP beta
340 //   Returns: absolute error on Cerenkov angle, [radians]    
341
342   Double_t phiDelta = phiC - trkPhi;
343
344   Double_t sint     = TMath::Sin(trkTheta);
345   Double_t cost     = TMath::Cos(trkTheta);
346   Double_t sinf     = TMath::Sin(trkPhi);
347   Double_t cosfd    = TMath::Cos(phiDelta);
348   Double_t costheta = TMath::Cos(thetaC);
349   Double_t tantheta = TMath::Tan(thetaC);
350   
351   Double_t alpha =cost-tantheta*cosfd*sint;                                                  // formula (11)
352   
353   Double_t k = 1.-GetRefIdx()*GetRefIdx()+alpha*alpha/(betaM*betaM);         // formula (after 8 in the text)
354   if (k<0) return 1e10;
355
356   Double_t eTr = 0.5*RadThick()*betaM*TMath::Sqrt(k)/(GapThick()*alpha);     // formula (14)
357   Double_t lambda = (1.-sint*sinf)*(1.+sint*sinf);                                                  // formula (15)
358
359   Double_t c1 = 1./(1.+ eTr*k/(alpha*alpha*costheta*costheta));                              // formula (13.a)
360   Double_t c2 = betaM*TMath::Power(k,1.5)*tantheta*lambda/(GapThick()*alpha*alpha);  // formula (13.b)
361   Double_t c3 = (1.+eTr*k*betaM*betaM)/((1+eTr)*alpha*alpha);                                // formula (13.c)
362   Double_t c4 = TMath::Sqrt(k)*tantheta*(1-lambda)/(GapThick()*betaM);               // formula (13.d)
363   Double_t dtdT = c1 * (c2+c3*c4);
364   Double_t trErr = RadThick()/(TMath::Sqrt(12.)*cost);
365
366   return trErr*dtdT;
367 }//SigGeom()
368 //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++