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 1.8  2000/10/02 21:28:09  fca
  19 Removal of useless dependecies via forward declarations
  20
  21 Revision 1.7  2000/10/02 16:58:29  egangler
  22 Cleaning of the code :
  23 -> coding conventions
  24 -> void Streamers
  25 -> some useless includes removed or replaced by "class" statement
  26
  27 Revision 1.6  2000/09/19 09:49:50  gosset
  28 AliMUONEventReconstructor package
  29 * track extrapolation independent from reco_muon.F, use of AliMagF...
  30 * possibility to use new magnetic field (automatic from generated root file)
  31
  32 Revision 1.5  2000/07/18 16:04:06  gosset
  33 AliMUONEventReconstructor package:
  34 * a few minor modifications and more comments
  35 * a few corrections
  36   * right sign for Z of raw clusters
  37   * right loop over chambers inside station
  38   * symmetrized covariance matrix for measurements (TrackChi2MCS)
  39   * right sign of charge in extrapolation (ExtrapToZ)
  40   * right zEndAbsorber for Branson correction below 3 degrees
  41 * use of TVirtualFitter instead of TMinuit for AliMUONTrack::Fit
  42 * no parameter for AliMUONTrack::Fit() but more fit parameters in Track object
  43
  44 Revision 1.4  2000/07/03 07:53:31  morsch
  45 Double declaration problem on HP solved.
  46
  47 Revision 1.3  2000/06/30 10:15:48  gosset
  48 Changes to EventReconstructor...:
  49 precision fit with multiple Coulomb scattering;
  50 extrapolation to vertex with Branson correction in absorber (JPC)
  51
  52 Revision 1.2  2000/06/15 07:58:49  morsch
  53 Code from MUON-dev joined
  54
  55 Revision 1.1.2.3  2000/06/09 21:03:09  morsch
  56 Make includes consistent with new file structure.
  57
  58 Revision 1.1.2.2  2000/06/09 12:58:05  gosset
  59 Removed comment beginnings in Log sections of .cxx files
  60 Suppressed most violations of coding rules
  61
  62 Revision 1.1.2.1  2000/06/07 14:44:53  gosset
  63 Addition of files for track reconstruction in C++
  64 */
  65
  66 //__________________________________________________________________________
  67 //
  68 // Track parameters in ALICE dimuon spectrometer
  69 //__________________________________________________________________________
  70
  71 #include <iostream.h>
  72
  73 #include "AliCallf77.h"
  74 #include "AliMUON.h"
  75 #include "AliMUONHitForRec.h"
  76 #include "AliMUONSegment.h"
  77 #include "AliMUONTrackParam.h"
  78 #include "AliMUONChamber.h"
  79 #include "AliRun.h"
  80 #include "AliMagF.h"
  81
  82 ClassImp(AliMUONTrackParam) // Class implementation in ROOT context
  83
  84   // A few calls in Fortran or from Fortran (extrap.F).
  85   // Needed, instead of calls to Geant subroutines,
  86   // because double precision is necessary for track fit converging with Minuit.
  87   // The "extrap" functions should be translated into C++ ????
  88 #ifndef WIN32
  89 # define extrap_onestep_helix extrap_onestep_helix_
  90 # define extrap_onestep_helix3 extrap_onestep_helix3_
  91 # define extrap_onestep_rungekutta extrap_onestep_rungekutta_
  92 # define gufld_double gufld_double_
  93 #else
  94 # define extrap_onestep_helix EXTRAP_ONESTEP_HELIX
  95 # define extrap_onestep_helix3 EXTRAP_ONESTEP_HELIX3
  96 # define extrap_onestep_rungekutta EXTRAP_ONESTEP_RUNGEKUTTA
  97 # define gufld_double GUFLD_DOUBLE
  98 #endif
  99
 100 extern "C" {
 101   void type_of_call extrap_onestep_helix
 102   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 103
 104   void type_of_call extrap_onestep_helix3
 105   (Double_t &Field, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 106
 107   void type_of_call extrap_onestep_rungekutta
 108   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 109
 110   void type_of_call gufld_double(Double_t *Position, Double_t *Field) {
 111     // interface to "gAlice->Field()->Field" for arguments in double precision
 112     Float_t x[3], b[3];
 113     x[0] = Position[0]; x[1] = Position[1]; x[2] = Position[2];
 114     gAlice->Field()->Field(x, b);
 115     Field[0] = b[0]; Field[1] = b[1]; Field[2] = b[2];
 116   }
 117 }
 118
 119 // Inline functions for Get and Set: inline removed because it does not work !!!!
 120 Double_t AliMUONTrackParam::GetInverseBendingMomentum(void) {
 121   // Get fInverseBendingMomentum
 122   return fInverseBendingMomentum;}
 123 void AliMUONTrackParam::SetInverseBendingMomentum(Double_t InverseBendingMomentum) {
 124   // Set fInverseBendingMomentum
 125   fInverseBendingMomentum = InverseBendingMomentum;}
 126 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingSlope(void) {
 127   // Get fBendingSlope
 128   return fBendingSlope;}
 129 void AliMUONTrackParam::SetBendingSlope(Double_t BendingSlope) {
 130   // Set fBendingSlope
 131   fBendingSlope = BendingSlope;}
 132 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingSlope(void) {
 133   // Get fNonBendingSlope
 134   return fNonBendingSlope;}
 135 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingSlope(Double_t NonBendingSlope) {
 136   // Set fNonBendingSlope
 137   fNonBendingSlope = NonBendingSlope;}
 138 Double_t AliMUONTrackParam::GetZ(void) {
 139   // Get fZ
 140   return fZ;}
 141 void AliMUONTrackParam::SetZ(Double_t Z) {
 142   // Set fZ
 143   fZ = Z;}
 144 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingCoor(void) {
 145   // Get fBendingCoor
 146   return fBendingCoor;}
 147 void AliMUONTrackParam::SetBendingCoor(Double_t BendingCoor) {
 148   // Set fBendingCoor
 149   fBendingCoor = BendingCoor;}
 150 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingCoor(void) {
 151   // Get fNonBendingCoor
 152   return fNonBendingCoor;}
 153 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingCoor(Double_t NonBendingCoor) {
 154   // Set fNonBendingCoor
 155   fNonBendingCoor = NonBendingCoor;}
 156
 157   //__________________________________________________________________________
 158 void AliMUONTrackParam::ExtrapToZ(Double_t Z)
 159 {
 160   // Track parameter extrapolation to the plane at "Z".
 161   // On return, the track parameters resulting from the extrapolation
 162   // replace the current track parameters.
 163   if (this->fZ == Z) return; // nothing to be done if same Z
 164   Double_t forwardBackward; // +1 if forward, -1 if backward
 165   if (Z > this->fZ) forwardBackward = 1.0;
 166   else forwardBackward = -1.0;
 167   Double_t vGeant3[7], vGeant3New[7]; // 7 in parameter ????
 168   Int_t iGeant3, stepNumber;
 169   Int_t maxStepNumber = 5000; // in parameter ????
 170   // For safety: return kTRUE or kFALSE ????
 171   // Parameter vector for calling EXTRAP_ONESTEP
 172   SetGeant3Parameters(vGeant3, forwardBackward);
 173   // sign of charge (sign of fInverseBendingMomentum if forward motion)
 174   // must be changed if backward extrapolation
 175   Double_t chargeExtrap = forwardBackward *
 176     TMath::Sign(Double_t(1.0), this->fInverseBendingMomentum);
 177   Double_t stepLength = 6.0; // in parameter ????
 178   // Extrapolation loop
 179   stepNumber = 0;
 180   while (((forwardBackward * (vGeant3[2] - Z)) <= 0.0) &&
 181          (stepNumber < maxStepNumber)) {
 182     stepNumber++;
 183     // Option for switching between helix and Runge-Kutta ????
 184     // extrap_onestep_rungekutta(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 185     extrap_onestep_helix(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 186     if ((forwardBackward * (vGeant3New[2] - Z)) > 0.0) break; // one is beyond Z
 187     // better use TArray ????
 188     for (iGeant3 = 0; iGeant3 < 7; iGeant3++)
 189       {vGeant3[iGeant3] = vGeant3New[iGeant3];}
 190   }
 191   // check maxStepNumber ????
 192   // Interpolation back to exact Z (2nd order)
 193   // should be in function ???? using TArray ????
 194   Double_t dZ12 = vGeant3New[2] - vGeant3[2]; // 1->2
 195   Double_t dZ1i = Z - vGeant3[2]; // 1-i
 196   Double_t dZi2 = vGeant3New[2] - Z; // i->2
 197   Double_t xPrime = (vGeant3New[0] - vGeant3[0]) / dZ12;
 198   Double_t xSecond =
 199     ((vGeant3New[3] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[3] / vGeant3[5])) / dZ12;
 200   Double_t yPrime = (vGeant3New[1] - vGeant3[1]) / dZ12;
 201   Double_t ySecond =
 202     ((vGeant3New[4] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[4] / vGeant3[5])) / dZ12;
 203   vGeant3[0] = vGeant3[0] + xPrime * dZ1i - 0.5 * xSecond * dZ1i * dZi2; // X
 204   vGeant3[1] = vGeant3[1] + yPrime * dZ1i - 0.5 * ySecond * dZ1i * dZi2; // Y
 205   vGeant3[2] = Z; // Z
 206   Double_t xPrimeI = xPrime - 0.5 * xSecond * (dZi2 - dZ1i);
 207   Double_t yPrimeI = yPrime - 0.5 * ySecond * (dZi2 - dZ1i);
 208   // (PX, PY, PZ)/PTOT assuming forward motion
 209   vGeant3[5] =
 210     1.0 / TMath::Sqrt(1.0 + xPrimeI * xPrimeI + yPrimeI * yPrimeI); // PZ/PTOT
 211   vGeant3[3] = xPrimeI * vGeant3[5]; // PX/PTOT
 212   vGeant3[4] = yPrimeI * vGeant3[5]; // PY/PTOT
 213   // Track parameters from Geant3 parameters,
 214   // with charge back for forward motion
 215   GetFromGeant3Parameters(vGeant3, chargeExtrap * forwardBackward);
 216 }
 217
 218   //__________________________________________________________________________
 219 void AliMUONTrackParam::SetGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t ForwardBackward)
 220 {
 221   // Set vector of Geant3 parameters pointed to by "VGeant3"
 222   // from track parameters in current AliMUONTrackParam.
 223   // Since AliMUONTrackParam is only geometry, one uses "ForwardBackward"
 224   // to know whether the particle is going forward (+1) or backward (-1).
 225   VGeant3[0] = this->fNonBendingCoor; // X
 226   VGeant3[1] = this->fBendingCoor; // Y
 227   VGeant3[2] = this->fZ; // Z
 228   Double_t pYZ = TMath::Abs(1.0 / this->fInverseBendingMomentum);
 229   Double_t pZ =
 230     pYZ / TMath::Sqrt(1.0 + this->fBendingSlope * this->fBendingSlope);
 231   VGeant3[6] =
 232     TMath::Sqrt(pYZ * pYZ +
 233                 pZ * pZ * this->fNonBendingSlope * this->fNonBendingSlope); // PTOT
 234   VGeant3[5] = ForwardBackward * pZ / VGeant3[6]; // PZ/PTOT
 235   VGeant3[3] = this->fNonBendingSlope * VGeant3[5]; // PX/PTOT
 236   VGeant3[4] = this->fBendingSlope * VGeant3[5]; // PY/PTOT
 237 }
 238
 239   //__________________________________________________________________________
 240 void AliMUONTrackParam::GetFromGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t Charge)
 241 {
 242   // Get track parameters in current AliMUONTrackParam
 243   // from Geant3 parameters pointed to by "VGeant3",
 244   // assumed to be calculated for forward motion in Z.
 245   // "InverseBendingMomentum" is signed with "Charge".
 246   this->fNonBendingCoor = VGeant3[0]; // X
 247   this->fBendingCoor = VGeant3[1]; // Y
 248   this->fZ = VGeant3[2]; // Z
 249   Double_t pYZ = VGeant3[6] * TMath::Sqrt(1.0 - VGeant3[3] * VGeant3[3]);
 250   this->fInverseBendingMomentum = Charge / pYZ;
 251   this->fBendingSlope = VGeant3[4] / VGeant3[5];
 252   this->fNonBendingSlope = VGeant3[3] / VGeant3[5];
 253 }
 254
 255   //__________________________________________________________________________
 256 void AliMUONTrackParam::ExtrapToStation(Int_t Station, AliMUONTrackParam *TrackParam)
 257 {
 258   // Track parameters extrapolated from current track parameters ("this")
 259   // to both chambers of the station(0..) "Station"
 260   // are returned in the array (dimension 2) of track parameters
 261   // pointed to by "TrackParam" (index 0 and 1 for first and second chambers).
 262   Double_t extZ[2], z1, z2;
 263   Int_t i1 = -1, i2 = -1; // = -1 to avoid compilation warnings
 264   AliMUON *pMUON = (AliMUON*) gAlice->GetModule("MUON"); // necessary ????
 265   // range of Station to be checked ????
 266   z1 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station)))->Z(); // Z of first chamber
 267   z2 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station + 1)))->Z(); // Z of second chamber
 268   // First and second Z to extrapolate at
 269   if ((z1 > this->fZ) && (z2 > this->fZ)) {i1 = 0; i2 = 1;}
 270   else if ((z1 < this->fZ) && (z2 < this->fZ)) {i1 = 1; i2 = 0;}
 271   else {
 272     cout << "ERROR in AliMUONTrackParam::CreateExtrapSegmentInStation" << endl;
 273     cout << "Starting Z (" << this->fZ << ") in between z1 (" << z1 <<
 274       ") and z2 (" << z2 << ") of station(0..) " << Station << endl;
 275   }
 276   extZ[i1] = z1;
 277   extZ[i2] = z2;
 278   // copy of track parameters
 279   TrackParam[i1] = *this;
 280   // first extrapolation
 281   (&(TrackParam[i1]))->ExtrapToZ(extZ[0]);
 282   TrackParam[i2] = TrackParam[i1];
 283   // second extrapolation
 284   (&(TrackParam[i2]))->ExtrapToZ(extZ[1]);
 285   return;
 286 }
 287
 288   //__________________________________________________________________________
 289 void AliMUONTrackParam::ExtrapToVertex()
 290 {
 291   // Extrapolation to the vertex.
 292   // Returns the track parameters resulting from the extrapolation,
 293   // in the current TrackParam.
 294   // Changes parameters according to Branson correction through the absorber
 295
 296   Double_t zAbsorber = 503.0; // to be coherent with the Geant absorber geometry !!!!
 297   // Extrapolates track parameters upstream to the "Z" end of the front absorber
 298   ExtrapToZ(zAbsorber);
 299     // Makes Branson correction (multiple scattering + energy loss)
 300   BransonCorrection();
 301 }
 302
 303   //__________________________________________________________________________
 304 void AliMUONTrackParam::BransonCorrection()
 305 {
 306   // Branson correction of track parameters
 307   // the entry parameters have to be calculated at the end of the absorber
 308   Double_t zEndAbsorber, zBP, xBP, yBP;
 309   Double_t  pYZ, pX, pY, pZ, pTotal, xEndAbsorber, yEndAbsorber, radiusEndAbsorber2, pT, theta;
 310   Int_t sign;
 311   // Would it be possible to calculate all that from Geant configuration ????
 312   // and to get the Branson parameters from a function in ABSO module ????
 313   // with an eventual contribution from other detectors like START ????
 314   // Radiation lengths outer part theta > 3 degres
 315   static Double_t x01[9] = { 18.8,    // C (cm)
 316                              10.397,   // Concrete (cm)
 317                              0.56,    // Plomb (cm)
 318                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 319                              0.56,   // Plomb (cm)
 320                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 321                              0.56,   // Plomb (cm)
 322                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 323                              0.56 };   // Plomb (cm)
 324   // inner part theta < 3 degres
 325   static Double_t x02[3] = { 18.8,    // C (cm)
 326                              10.397,   // Concrete (cm)
 327                              0.35 };    // W (cm)
 328   // z positions of the materials inside the absober outer part theta > 3 degres
 329   static Double_t z1[10] = { 90, 315, 467, 472, 477, 482, 487, 492, 497, 502 };
 330   // inner part theta < 3 degres
 331   static Double_t z2[4] = { 90, 315, 467, 503 };
 332   static Bool_t first = kTRUE;
 333   static Double_t zBP1, zBP2, rLimit;
 334   // Calculates z positions of the Branson's planes: zBP1 for outer part and zBP2 for inner part (only at the first call)
 335   if (first) {
 336     first = kFALSE;
 337     Double_t aNBP = 0.0;
 338     Double_t aDBP = 0.0;
 339     Int_t iBound;
 340
 341     for (iBound = 0; iBound < 9; iBound++) {
 342       aNBP = aNBP +
 343         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] * z1[iBound+1] -
 344          z1[iBound]   * z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 345       aDBP = aDBP +
 346         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] - z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 347     }
 348     zBP1 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 349     aNBP = 0.0;
 350     aDBP = 0.0;
 351     for (iBound = 0; iBound < 3; iBound++) {
 352       aNBP = aNBP +
 353         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] * z2[iBound+1] -
 354          z2[iBound]   * z2[iBound ]  * z2[iBound]    ) / x02[iBound];
 355       aDBP = aDBP +
 356         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] - z2[iBound] * z2[iBound]) / x02[iBound];
 357     }
 358     zBP2 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 359     rLimit = z2[3] * TMath::Tan(3.0 * (TMath::Pi()) / 180.);
 360   }
 361
 362   pYZ = TMath::Abs(1.0 / fInverseBendingMomentum);
 363   sign = 1;
 364   if (fInverseBendingMomentum < 0) sign = -1;
 365   pZ = pYZ / (TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope));
 366   pX = pZ * fNonBendingSlope;
 367   pY = pZ * fBendingSlope;
 368   pTotal = TMath::Sqrt(pYZ *pYZ + pX * pX);
 369   xEndAbsorber = fNonBendingCoor;
 370   yEndAbsorber = fBendingCoor;
 371   radiusEndAbsorber2 = xEndAbsorber * xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 372
 373   if (radiusEndAbsorber2 > rLimit*rLimit) {
 374     zEndAbsorber = z1[9];
 375     zBP = zBP1;
 376   } else {
 377     zEndAbsorber = z2[3];
 378     zBP = zBP2;
 379   }
 380
 381   xBP = xEndAbsorber - (pX / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 382   yBP = yEndAbsorber - (pY / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 383
 384   // new parameters after Branson and energy loss corrections
 385   pZ = pTotal * zBP / TMath::Sqrt(xBP * xBP + yBP * yBP + zBP * zBP);
 386   pX = pZ * xBP / zBP;
 387   pY = pZ * yBP / zBP;
 388   fBendingSlope = pY / pZ;
 389   fNonBendingSlope = pX / pZ;
 390
 391   pT = TMath::Sqrt(pX * pX + pY * pY);
 392   theta = TMath::ATan2(pT, pZ);
 393   pTotal =
 394     TotalMomentumEnergyLoss(rLimit, pTotal, theta, xEndAbsorber, yEndAbsorber);
 395
 396   fInverseBendingMomentum = (sign / pTotal) *
 397     TMath::Sqrt(1.0 +
 398                 fBendingSlope * fBendingSlope +
 399                 fNonBendingSlope * fNonBendingSlope) /
 400     TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope);
 401
 402   // vertex position at (0,0,0)
 403   // should be taken from vertex measurement ???
 404   fBendingCoor = 0.0;
 405   fNonBendingCoor = 0;
 406   fZ= 0;
 407 }
 408
 409   //__________________________________________________________________________
 410 Double_t AliMUONTrackParam::TotalMomentumEnergyLoss(Double_t rLimit, Double_t pTotal, Double_t theta, Double_t xEndAbsorber, Double_t yEndAbsorber)
 411 {
 412   // Returns the total momentum corrected from energy loss in the front absorber
 413   Double_t deltaP, pTotalCorrected;
 414
 415   Double_t radiusEndAbsorber2 =
 416     xEndAbsorber *xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 417   // Parametrization to be redone according to change of absorber material ????
 418   // See remark in function BransonCorrection !!!!
 419   // The name is not so good, and there are many arguments !!!!
 420   if (radiusEndAbsorber2 < rLimit * rLimit) {
 421     if (pTotal < 15) {
 422       deltaP = 2.737 + 0.0494 * pTotal - 0.001123 * pTotal * pTotal;
 423     } else {
 424       deltaP = 3.0643 + 0.01346 *pTotal;
 425     }
 426   } else {
 427     if (pTotal < 15) {
 428       deltaP  = 2.1380 + 0.0351 * pTotal - 0.000853 * pTotal * pTotal;
 429     } else {
 430       deltaP = 2.407 + 0.00702 * pTotal;
 431     }
 432   }
 433   deltaP = 0.88 * deltaP; // !!!! changes in the absorber composition ????
 434   pTotalCorrected = pTotal + deltaP / TMath::Cos(theta);
 435   return pTotalCorrected;
 436 }
 437