MUON/AliMUONTrackParam.cxx

   1 /**************************************************************************
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   3  *                                                                        *
   4  * Author: The ALICE Off-line Project.                                    *
   5  * Contributors are mentioned in the code where appropriate.              *
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   8  * documentation strictly for non-commercial purposes is hereby granted   *
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  11  * appear in the supporting documentation. The authors make no claims     *
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  13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
  14  **************************************************************************/
  15
  16 /*
  17 $Log$
  18 Revision 1.4  2000/07/03 07:53:31  morsch
  19 Double declaration problem on HP solved.
  20
  21 Revision 1.3  2000/06/30 10:15:48  gosset
  22 Changes to EventReconstructor...:
  23 precision fit with multiple Coulomb scattering;
  24 extrapolation to vertex with Branson correction in absorber (JPC)
  25
  26 Revision 1.2  2000/06/15 07:58:49  morsch
  27 Code from MUON-dev joined
  28
  29 Revision 1.1.2.3  2000/06/09 21:03:09  morsch
  30 Make includes consistent with new file structure.
  31
  32 Revision 1.1.2.2  2000/06/09 12:58:05  gosset
  33 Removed comment beginnings in Log sections of .cxx files
  34 Suppressed most violations of coding rules
  35
  36 Revision 1.1.2.1  2000/06/07 14:44:53  gosset
  37 Addition of files for track reconstruction in C++
  38 */
  39
  40 //__________________________________________________________________________
  41 //
  42 // Track parameters in ALICE dimuon spectrometer
  43 //__________________________________________________________________________
  44
  45 #include <iostream.h>
  46
  47 #include "AliCallf77.h"
  48 #include "AliMUON.h"
  49 #include "AliMUONHitForRec.h"
  50 #include "AliMUONSegment.h"
  51 #include "AliMUONTrackParam.h"
  52 #include "AliMUONChamber.h"
  53 #include "AliRun.h"
  54
  55 ClassImp(AliMUONTrackParam) // Class implementation in ROOT context
  56
  57 #ifndef WIN32
  58 # define reco_ghelix reco_ghelix_
  59 #else
  60 # define reco_ghelix RECO_GHELIX
  61 #endif
  62
  63 extern "C"
  64 {
  65 void type_of_call reco_ghelix(Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
  66 }
  67
  68 // Inline functions for Get and Set: inline removed because it does not work !!!!
  69 Double_t AliMUONTrackParam::GetInverseBendingMomentum(void) {
  70   // Get fInverseBendingMomentum
  71   return fInverseBendingMomentum;}
  72 void AliMUONTrackParam::SetInverseBendingMomentum(Double_t InverseBendingMomentum) {
  73   // Set fInverseBendingMomentum
  74   fInverseBendingMomentum = InverseBendingMomentum;}
  75 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingSlope(void) {
  76   // Get fBendingSlope
  77   return fBendingSlope;}
  78 void AliMUONTrackParam::SetBendingSlope(Double_t BendingSlope) {
  79   // Set fBendingSlope
  80   fBendingSlope = BendingSlope;}
  81 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingSlope(void) {
  82   // Get fNonBendingSlope
  83   return fNonBendingSlope;}
  84 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingSlope(Double_t NonBendingSlope) {
  85   // Set fNonBendingSlope
  86   fNonBendingSlope = NonBendingSlope;}
  87 Double_t AliMUONTrackParam::GetZ(void) {
  88   // Get fZ
  89   return fZ;}
  90 void AliMUONTrackParam::SetZ(Double_t Z) {
  91   // Set fZ
  92   fZ = Z;}
  93 Double_t AliMUONTrackParam::GetBendingCoor(void) {
  94   // Get fBendingCoor
  95   return fBendingCoor;}
  96 void AliMUONTrackParam::SetBendingCoor(Double_t BendingCoor) {
  97   // Set fBendingCoor
  98   fBendingCoor = BendingCoor;}
  99 Double_t AliMUONTrackParam::GetNonBendingCoor(void) {
 100   // Get fNonBendingCoor
 101   return fNonBendingCoor;}
 102 void AliMUONTrackParam::SetNonBendingCoor(Double_t NonBendingCoor) {
 103   // Set fNonBendingCoor
 104   fNonBendingCoor = NonBendingCoor;}
 105
 106   //__________________________________________________________________________
 107 void AliMUONTrackParam::ExtrapToZ(Double_t Z)
 108 {
 109   // Track parameter extrapolation to the plane at "Z".
 110   // On return, the track parameters resulting from the extrapolation
 111   // replace the current track parameters.
 112   // Use "reco_ghelix" which should be replaced by something else !!!!
 113   if (this->fZ == Z) return; // nothing to be done if same Z
 114   Double_t forwardBackward; // +1 if forward, -1 if backward
 115   if (Z > this->fZ) forwardBackward = 1.0;
 116   else forwardBackward = -1.0;
 117   Double_t temp, vGeant3[7], vGeant3New[7]; // 7 in parameter ????
 118   Int_t iGeant3, stepNumber;
 119   Int_t maxStepNumber = 5000; // in parameter ????
 120   // For safety: return kTRUE or kFALSE ????
 121   // Parameter vector for calling GHELIX in Geant3
 122   SetGeant3Parameters(vGeant3, forwardBackward);
 123   // For use of reco_ghelix...: invert X and Y, PX/PTOT and PY/PTOT !!!!
 124   temp = vGeant3[0]; vGeant3[0] = vGeant3[1]; vGeant3[1] = temp;
 125   temp = vGeant3[3]; vGeant3[3] = vGeant3[4]; vGeant3[4] = temp;
 126   // sign of charge (sign of fInverseBendingMomentum if forward motion)
 127   // must be also changed if backward extrapolation
 128   Double_t chargeExtrap = forwardBackward *
 129     TMath::Sign(Double_t(1.0), this->fInverseBendingMomentum);
 130   Double_t stepLength = 6.0; // in parameter ????
 131   // Extrapolation loop
 132   stepNumber = 0;
 133   while (((forwardBackward * (vGeant3[2] - Z)) <= 0.0) &&
 134          (stepNumber < maxStepNumber)) {
 135     stepNumber++;
 136     // call Geant3 "ghelix" subroutine through a copy in "reco_muon.F":
 137     // the true function should be called, but how ???? and remove prototyping ...
 138     reco_ghelix(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 139     if ((forwardBackward * (vGeant3New[2] - Z)) > 0.0) break; // one is beyond Z
 140     // better use TArray ????
 141     for (iGeant3 = 0; iGeant3 < 7; iGeant3++)
 142       {vGeant3[iGeant3] = vGeant3New[iGeant3];}
 143   }
 144   // check maxStepNumber ????
 145   // For use of reco_ghelix...:
 146   // invert back X and Y, PX/PTOT and PY/PTOT, both for vGeant3 and vGeant3New !!!!
 147   temp = vGeant3[0]; vGeant3[0] = vGeant3[1]; vGeant3[1] = temp;
 148   temp = vGeant3New[0]; vGeant3New[0] = vGeant3New[1]; vGeant3New[1] = temp;
 149   temp = vGeant3[3]; vGeant3[3] = vGeant3[4]; vGeant3[4] = temp;
 150   temp = vGeant3New[3]; vGeant3New[3] = vGeant3New[4]; vGeant3New[4] = temp;
 151   // Interpolation back to exact Z (2nd order)
 152   // should be in function ???? using TArray ????
 153   Double_t dZ12 = vGeant3New[2] - vGeant3[2]; // 1->2
 154   Double_t dZ1i = Z - vGeant3[2]; // 1-i
 155   Double_t dZi2 = vGeant3New[2] - Z; // i->2
 156   Double_t xPrime = (vGeant3New[0] - vGeant3[0]) / dZ12;
 157   Double_t xSecond =
 158     ((vGeant3New[3] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[3] / vGeant3[5])) / dZ12;
 159   Double_t yPrime = (vGeant3New[1] - vGeant3[1]) / dZ12;
 160   Double_t ySecond =
 161     ((vGeant3New[4] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[4] / vGeant3[5])) / dZ12;
 162   vGeant3[0] = vGeant3[0] + xPrime * dZ1i - 0.5 * xSecond * dZ1i * dZi2; // X
 163   vGeant3[1] = vGeant3[1] + yPrime * dZ1i - 0.5 * ySecond * dZ1i * dZi2; // Y
 164   vGeant3[2] = Z; // Z
 165   Double_t xPrimeI = xPrime - 0.5 * xSecond * (dZi2 - dZ1i);
 166   Double_t yPrimeI = yPrime - 0.5 * ySecond * (dZi2 - dZ1i);
 167   // (PX, PY, PZ)/PTOT assuming forward motion
 168   vGeant3[5] =
 169     1.0 / TMath::Sqrt(1.0 + xPrimeI * xPrimeI + yPrimeI * yPrimeI); // PZ/PTOT
 170   vGeant3[3] = xPrimeI * vGeant3[5]; // PX/PTOT
 171   vGeant3[4] = yPrimeI * vGeant3[5]; // PY/PTOT
 172   // Track parameters from Geant3 parameters,
 173   // with charge back for forward motion
 174   GetFromGeant3Parameters(vGeant3, chargeExtrap * forwardBackward);
 175 }
 176
 177   //__________________________________________________________________________
 178 void AliMUONTrackParam::SetGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t ForwardBackward)
 179 {
 180   // Set vector of Geant3 parameters pointed to by "VGeant3"
 181   // from track parameters in current AliMUONTrackParam.
 182   // Since AliMUONTrackParam is only geometry, one uses "ForwardBackward"
 183   // to know whether the particle is going forward (+1) or backward (-1).
 184   VGeant3[0] = this->fNonBendingCoor; // X
 185   VGeant3[1] = this->fBendingCoor; // Y
 186   VGeant3[2] = this->fZ; // Z
 187   Double_t pYZ = TMath::Abs(1.0 / this->fInverseBendingMomentum);
 188   Double_t pZ =
 189     pYZ / TMath::Sqrt(1.0 + this->fBendingSlope * this->fBendingSlope);
 190   VGeant3[6] =
 191     TMath::Sqrt(pYZ * pYZ +
 192                 pZ * pZ * this->fNonBendingSlope * this->fNonBendingSlope); // PTOT
 193   VGeant3[5] = ForwardBackward * pZ / VGeant3[6]; // PZ/PTOT
 194   VGeant3[3] = this->fNonBendingSlope * VGeant3[5]; // PX/PTOT
 195   VGeant3[4] = this->fBendingSlope * VGeant3[5]; // PY/PTOT
 196 }
 197
 198   //__________________________________________________________________________
 199 void AliMUONTrackParam::GetFromGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t Charge)
 200 {
 201   // Get track parameters in current AliMUONTrackParam
 202   // from Geant3 parameters pointed to by "VGeant3",
 203   // assumed to be calculated for forward motion in Z.
 204   // "InverseBendingMomentum" is signed with "Charge".
 205   this->fNonBendingCoor = VGeant3[0]; // X
 206   this->fBendingCoor = VGeant3[1]; // Y
 207   this->fZ = VGeant3[2]; // Z
 208   Double_t pYZ = VGeant3[6] * TMath::Sqrt(1.0 - VGeant3[3] * VGeant3[3]);
 209   this->fInverseBendingMomentum = Charge / pYZ;
 210   this->fBendingSlope = VGeant3[4] / VGeant3[5];
 211   this->fNonBendingSlope = VGeant3[3] / VGeant3[5];
 212 }
 213
 214   //__________________________________________________________________________
 215 void AliMUONTrackParam::ExtrapToStation(Int_t Station, AliMUONTrackParam *TrackParam)
 216 {
 217   // Track parameters extrapolated from current track parameters ("this")
 218   // to both chambers of the station(0..) "Station"
 219   // are returned in the array (dimension 2) of track parameters
 220   // pointed to by "TrackParam" (index 0 and 1 for first and second chambers).
 221   Double_t extZ[2], z1, z2;
 222   Int_t i1, i2;
 223   AliMUON *pMUON = (AliMUON*) gAlice->GetModule("MUON"); // necessary ????
 224   // range of Station to be checked ????
 225   z1 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station)))->Z(); // Z of first chamber
 226   z2 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station + 1)))->Z(); // Z of second chamber
 227   // First and second Z to extrapolate at
 228   if ((z1 > this->fZ) && (z2 > this->fZ)) {i1 = 0; i2 = 1;}
 229   else if ((z1 < this->fZ) && (z2 < this->fZ)) {i1 = 1; i2 = 0;}
 230   else {
 231     cout << "ERROR in AliMUONTrackParam::CreateExtrapSegmentInStation" << endl;
 232     cout << "Starting Z (" << this->fZ << ") in between z1 (" << z1 <<
 233       ") and z2 (" << z2 << ") of station(0..) " << Station << endl;
 234   }
 235   extZ[i1] = z1;
 236   extZ[i2] = z2;
 237   // copy of track parameters
 238   TrackParam[i1] = *this;
 239   // first extrapolation
 240   (&(TrackParam[i1]))->ExtrapToZ(extZ[0]);
 241   TrackParam[i2] = TrackParam[i1];
 242   // second extrapolation
 243   (&(TrackParam[i2]))->ExtrapToZ(extZ[1]);
 244   return;
 245 }
 246
 247   //__________________________________________________________________________
 248 void AliMUONTrackParam::ExtrapToVertex()
 249 {
 250   // Extrapolation to the vertex.
 251   // Returns the track parameters resulting from the extrapolation,
 252   // in the current TrackParam.
 253   // Changes parameters according to Branson correction through the absorber
 254
 255   Double_t zAbsorber = 503.0; // to be coherent with the Geant absorber geometry !!!!
 256   // Extrapolates track parameters upstream to the "Z" end of the front absorber
 257   ExtrapToZ(zAbsorber);
 258     // Makes Branson correction (multiple scattering + energy loss)
 259   BransonCorrection();
 260 }
 261
 262   //__________________________________________________________________________
 263 void AliMUONTrackParam::BransonCorrection()
 264 {
 265   // Branson correction of track parameters
 266   // the entry parameters have to be calculated at the end of the absorber
 267   Double_t zEndAbsorber, zBP, xBP, yBP;
 268   Double_t  pYZ, pX, pY, pZ, pTotal, xEndAbsorber, yEndAbsorber, radiusEndAbsorber2, pT, theta;
 269   Int_t sign;
 270   // Would it be possible to calculate all that from Geant configuration ????
 271   // and to get the Branson parameters from a function in ABSO module ????
 272   // with an eventual contribution from other detectors like START ????
 273   // Radiation lengths outer part theta > 3 degres
 274   static Double_t x01[9] = { 18.8,    // C (cm)
 275                              10.397,   // Concrete (cm)
 276                              0.56,    // Plomb (cm)
 277                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 278                              0.56,   // Plomb (cm)
 279                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 280                              0.56,   // Plomb (cm)
 281                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 282                              0.56 };   // Plomb (cm)
 283   // inner part theta < 3 degres
 284   static Double_t x02[3] = { 18.8,    // C (cm)
 285                              10.397,   // Concrete (cm)
 286                              0.35 };    // W (cm)
 287   // z positions of the materials inside the absober outer part theta > 3 degres
 288   static Double_t z1[10] = { 90, 315, 467, 472, 477, 482, 487, 492, 497, 502 };
 289   // inner part theta < 3 degres
 290   static Double_t z2[4] = { 90, 315, 467, 503 };
 291   static Bool_t first = kTRUE;
 292   static Double_t zBP1, zBP2, rLimit;
 293   // Calculates z positions of the Branson's planes: zBP1 for outer part and zBP2 for inner part (only at the first call)
 294   if (first) {
 295     first = kFALSE;
 296     Double_t aNBP = 0.0;
 297     Double_t aDBP = 0.0;
 298     Int_t iBound;
 299
 300     for (iBound = 0; iBound < 9; iBound++) {
 301       aNBP = aNBP +
 302         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] * z1[iBound+1] -
 303          z1[iBound]   * z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 304       aDBP = aDBP +
 305         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] - z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 306     }
 307     zBP1 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 308     aNBP = 0.0;
 309     aDBP = 0.0;
 310     for (iBound = 0; iBound < 3; iBound++) {
 311       aNBP = aNBP +
 312         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] * z2[iBound+1] -
 313          z2[iBound]   * z2[iBound ]  * z2[iBound]    ) / x02[iBound];
 314       aDBP = aDBP +
 315         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] - z2[iBound] * z2[iBound]) / x02[iBound];
 316     }
 317     zBP2 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 318     rLimit = z2[3] * TMath::Tan(3.0 * (TMath::Pi()) / 180.);
 319   }
 320
 321   pYZ = TMath::Abs(1.0 / fInverseBendingMomentum);
 322   sign = 1;
 323   if (fInverseBendingMomentum < 0) sign = -1;
 324   pZ = pYZ / (TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope));
 325   pX = pZ * fNonBendingSlope;
 326   pY = pZ * fBendingSlope;
 327   pTotal = TMath::Sqrt(pYZ *pYZ + pX * pX);
 328   xEndAbsorber = fNonBendingCoor;
 329   yEndAbsorber = fBendingCoor;
 330   radiusEndAbsorber2 = xEndAbsorber * xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 331
 332   if (radiusEndAbsorber2 > rLimit*rLimit) {
 333     zEndAbsorber = z1[9];
 334     zBP = zBP1;
 335   } else {
 336     zEndAbsorber = z2[3];
 337     zBP = zBP2;
 338   }
 339
 340   xBP = xEndAbsorber - (pX / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 341   yBP = yEndAbsorber - (pY / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 342
 343   // new parameters after Branson and energy loss corrections
 344   pZ = pTotal * zBP / TMath::Sqrt(xBP * xBP + yBP * yBP + zBP * zBP);
 345   pX = pZ * xBP / zBP;
 346   pY = pZ * yBP / zBP;
 347   fBendingSlope = pY / pZ;
 348   fNonBendingSlope = pX / pZ;
 349
 350   pT = TMath::Sqrt(pX * pX + pY * pY);
 351   theta = TMath::ATan2(pT, pZ);
 352   pTotal =
 353     TotalMomentumEnergyLoss(rLimit, pTotal, theta, xEndAbsorber, yEndAbsorber);
 354
 355   fInverseBendingMomentum = (sign / pTotal) *
 356     TMath::Sqrt(1.0 +
 357                 fBendingSlope * fBendingSlope +
 358                 fNonBendingSlope * fNonBendingSlope) /
 359     TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope);
 360
 361   // vertex position at (0,0,0)
 362   // should be taken from vertex measurement ???
 363   fBendingCoor = 0.0;
 364   fNonBendingCoor = 0;
 365   fZ= 0;
 366 }
 367
 368   //__________________________________________________________________________
 369 Double_t AliMUONTrackParam::TotalMomentumEnergyLoss(Double_t rLimit, Double_t pTotal, Double_t theta, Double_t xEndAbsorber, Double_t yEndAbsorber)
 370 {
 371   // Returns the total momentum corrected from energy loss in the front absorber
 372   Double_t deltaP, pTotalCorrected;
 373
 374   Double_t radiusEndAbsorber2 =
 375     xEndAbsorber *xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 376   // Parametrization to be redone according to change of absorber material ????
 377   // See remark in function BransonCorrection !!!!
 378   // The name is not so good, and there are many arguments !!!!
 379   if (radiusEndAbsorber2 < rLimit * rLimit) {
 380     if (pTotal < 15) {
 381       deltaP = 2.737 + 0.0494 * pTotal - 0.001123 * pTotal * pTotal;
 382     } else {
 383       deltaP = 3.0643 + 0.01346 *pTotal;
 384     }
 385   } else {
 386     if (pTotal < 15) {
 387       deltaP  = 2.1380 + 0.0351 * pTotal - 0.000853 * pTotal * pTotal;
 388     } else {
 389       deltaP = 2.407 + 0.00702 * pTotal;
 390     }
 391   }
 392   pTotalCorrected = pTotal + deltaP / TMath::Cos(theta);
 393   return pTotalCorrected;
 394 }
 395