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