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 1.9  2000/10/16 15:30:40  gosset
  19 TotalMomentumEnergyLoss:
  20 correction for change in the absorber composition (JP Cussonneau)
  21
  22 Revision 1.8  2000/10/02 21:28:09  fca
  23 Removal of useless dependecies via forward declarations
  24
  25 Revision 1.7  2000/10/02 16:58:29  egangler
  26 Cleaning of the code :
  27 -> coding conventions
  28 -> void Streamers
  29 -> some useless includes removed or replaced by "class" statement
  30
  31 Revision 1.6  2000/09/19 09:49:50  gosset
  32 AliMUONEventReconstructor package
  33 * track extrapolation independent from reco_muon.F, use of AliMagF...
  34 * possibility to use new magnetic field (automatic from generated root file)
  35
  36 Revision 1.5  2000/07/18 16:04:06  gosset
  37 AliMUONEventReconstructor package:
  38 * a few minor modifications and more comments
  39 * a few corrections
  40   * right sign for Z of raw clusters
  41   * right loop over chambers inside station
  42   * symmetrized covariance matrix for measurements (TrackChi2MCS)
  43   * right sign of charge in extrapolation (ExtrapToZ)
  44   * right zEndAbsorber for Branson correction below 3 degrees
  45 * use of TVirtualFitter instead of TMinuit for AliMUONTrack::Fit
  46 * no parameter for AliMUONTrack::Fit() but more fit parameters in Track object
  47
  48 Revision 1.4  2000/07/03 07:53:31  morsch
  49 Double declaration problem on HP solved.
  50
  51 Revision 1.3  2000/06/30 10:15:48  gosset
  52 Changes to EventReconstructor...:
  53 precision fit with multiple Coulomb scattering;
  54 extrapolation to vertex with Branson correction in absorber (JPC)
  55
  56 Revision 1.2  2000/06/15 07:58:49  morsch
  57 Code from MUON-dev joined
  58
  59 Revision 1.1.2.3  2000/06/09 21:03:09  morsch
  60 Make includes consistent with new file structure.
  61
  62 Revision 1.1.2.2  2000/06/09 12:58:05  gosset
  63 Removed comment beginnings in Log sections of .cxx files
  64 Suppressed most violations of coding rules
  65
  66 Revision 1.1.2.1  2000/06/07 14:44:53  gosset
  67 Addition of files for track reconstruction in C++
  68 */
  69
  70 ///////////////////////////////////////////////////
  71 //
  72 // Track parameters
  73 // in
  74 // ALICE
  75 // dimuon
  76 // spectrometer
  77 //
  78 ///////////////////////////////////////////////////
  79
  80 #include <iostream.h>
  81
  82 #include "AliCallf77.h"
  83 #include "AliMUON.h"
  84 #include "AliMUONTrackParam.h"
  85 #include "AliMUONChamber.h"
  86 #include "AliRun.h"
  87 #include "AliMagF.h"
  88
  89 ClassImp(AliMUONTrackParam) // Class implementation in ROOT context
  90
  91   // A few calls in Fortran or from Fortran (extrap.F).
  92   // Needed, instead of calls to Geant subroutines,
  93   // because double precision is necessary for track fit converging with Minuit.
  94   // The "extrap" functions should be translated into C++ ????
  95 #ifndef WIN32
  96 # define extrap_onestep_helix extrap_onestep_helix_
  97 # define extrap_onestep_helix3 extrap_onestep_helix3_
  98 # define extrap_onestep_rungekutta extrap_onestep_rungekutta_
  99 # define gufld_double gufld_double_
 100 #else
 101 # define extrap_onestep_helix EXTRAP_ONESTEP_HELIX
 102 # define extrap_onestep_helix3 EXTRAP_ONESTEP_HELIX3
 103 # define extrap_onestep_rungekutta EXTRAP_ONESTEP_RUNGEKUTTA
 104 # define gufld_double GUFLD_DOUBLE
 105 #endif
 106
 107 extern "C" {
 108   void type_of_call extrap_onestep_helix
 109   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 110
 111   void type_of_call extrap_onestep_helix3
 112   (Double_t &Field, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 113
 114   void type_of_call extrap_onestep_rungekutta
 115   (Double_t &Charge, Double_t &StepLength, Double_t *VGeant3, Double_t *VGeant3New);
 116
 117   void type_of_call gufld_double(Double_t *Position, Double_t *Field) {
 118     // interface to "gAlice->Field()->Field" for arguments in double precision
 119     Float_t x[3], b[3];
 120     x[0] = Position[0]; x[1] = Position[1]; x[2] = Position[2];
 121     gAlice->Field()->Field(x, b);
 122     Field[0] = b[0]; Field[1] = b[1]; Field[2] = b[2];
 123   }
 124 }
 125
 126   //__________________________________________________________________________
 127 void AliMUONTrackParam::ExtrapToZ(Double_t Z)
 128 {
 129   // Track parameter extrapolation to the plane at "Z".
 130   // On return, the track parameters resulting from the extrapolation
 131   // replace the current track parameters.
 132   if (this->fZ == Z) return; // nothing to be done if same Z
 133   Double_t forwardBackward; // +1 if forward, -1 if backward
 134   if (Z > this->fZ) forwardBackward = 1.0;
 135   else forwardBackward = -1.0;
 136   Double_t vGeant3[7], vGeant3New[7]; // 7 in parameter ????
 137   Int_t iGeant3, stepNumber;
 138   Int_t maxStepNumber = 5000; // in parameter ????
 139   // For safety: return kTRUE or kFALSE ????
 140   // Parameter vector for calling EXTRAP_ONESTEP
 141   SetGeant3Parameters(vGeant3, forwardBackward);
 142   // sign of charge (sign of fInverseBendingMomentum if forward motion)
 143   // must be changed if backward extrapolation
 144   Double_t chargeExtrap = forwardBackward *
 145     TMath::Sign(Double_t(1.0), this->fInverseBendingMomentum);
 146   Double_t stepLength = 6.0; // in parameter ????
 147   // Extrapolation loop
 148   stepNumber = 0;
 149   while (((forwardBackward * (vGeant3[2] - Z)) <= 0.0) &&
 150          (stepNumber < maxStepNumber)) {
 151     stepNumber++;
 152     // Option for switching between helix and Runge-Kutta ????
 153     // extrap_onestep_rungekutta(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 154     extrap_onestep_helix(chargeExtrap, stepLength, vGeant3, vGeant3New);
 155     if ((forwardBackward * (vGeant3New[2] - Z)) > 0.0) break; // one is beyond Z
 156     // better use TArray ????
 157     for (iGeant3 = 0; iGeant3 < 7; iGeant3++)
 158       {vGeant3[iGeant3] = vGeant3New[iGeant3];}
 159   }
 160   // check maxStepNumber ????
 161   // Interpolation back to exact Z (2nd order)
 162   // should be in function ???? using TArray ????
 163   Double_t dZ12 = vGeant3New[2] - vGeant3[2]; // 1->2
 164   Double_t dZ1i = Z - vGeant3[2]; // 1-i
 165   Double_t dZi2 = vGeant3New[2] - Z; // i->2
 166   Double_t xPrime = (vGeant3New[0] - vGeant3[0]) / dZ12;
 167   Double_t xSecond =
 168     ((vGeant3New[3] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[3] / vGeant3[5])) / dZ12;
 169   Double_t yPrime = (vGeant3New[1] - vGeant3[1]) / dZ12;
 170   Double_t ySecond =
 171     ((vGeant3New[4] / vGeant3New[5]) - (vGeant3[4] / vGeant3[5])) / dZ12;
 172   vGeant3[0] = vGeant3[0] + xPrime * dZ1i - 0.5 * xSecond * dZ1i * dZi2; // X
 173   vGeant3[1] = vGeant3[1] + yPrime * dZ1i - 0.5 * ySecond * dZ1i * dZi2; // Y
 174   vGeant3[2] = Z; // Z
 175   Double_t xPrimeI = xPrime - 0.5 * xSecond * (dZi2 - dZ1i);
 176   Double_t yPrimeI = yPrime - 0.5 * ySecond * (dZi2 - dZ1i);
 177   // (PX, PY, PZ)/PTOT assuming forward motion
 178   vGeant3[5] =
 179     1.0 / TMath::Sqrt(1.0 + xPrimeI * xPrimeI + yPrimeI * yPrimeI); // PZ/PTOT
 180   vGeant3[3] = xPrimeI * vGeant3[5]; // PX/PTOT
 181   vGeant3[4] = yPrimeI * vGeant3[5]; // PY/PTOT
 182   // Track parameters from Geant3 parameters,
 183   // with charge back for forward motion
 184   GetFromGeant3Parameters(vGeant3, chargeExtrap * forwardBackward);
 185 }
 186
 187   //__________________________________________________________________________
 188 void AliMUONTrackParam::SetGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t ForwardBackward)
 189 {
 190   // Set vector of Geant3 parameters pointed to by "VGeant3"
 191   // from track parameters in current AliMUONTrackParam.
 192   // Since AliMUONTrackParam is only geometry, one uses "ForwardBackward"
 193   // to know whether the particle is going forward (+1) or backward (-1).
 194   VGeant3[0] = this->fNonBendingCoor; // X
 195   VGeant3[1] = this->fBendingCoor; // Y
 196   VGeant3[2] = this->fZ; // Z
 197   Double_t pYZ = TMath::Abs(1.0 / this->fInverseBendingMomentum);
 198   Double_t pZ =
 199     pYZ / TMath::Sqrt(1.0 + this->fBendingSlope * this->fBendingSlope);
 200   VGeant3[6] =
 201     TMath::Sqrt(pYZ * pYZ +
 202                 pZ * pZ * this->fNonBendingSlope * this->fNonBendingSlope); // PTOT
 203   VGeant3[5] = ForwardBackward * pZ / VGeant3[6]; // PZ/PTOT
 204   VGeant3[3] = this->fNonBendingSlope * VGeant3[5]; // PX/PTOT
 205   VGeant3[4] = this->fBendingSlope * VGeant3[5]; // PY/PTOT
 206 }
 207
 208   //__________________________________________________________________________
 209 void AliMUONTrackParam::GetFromGeant3Parameters(Double_t *VGeant3, Double_t Charge)
 210 {
 211   // Get track parameters in current AliMUONTrackParam
 212   // from Geant3 parameters pointed to by "VGeant3",
 213   // assumed to be calculated for forward motion in Z.
 214   // "InverseBendingMomentum" is signed with "Charge".
 215   this->fNonBendingCoor = VGeant3[0]; // X
 216   this->fBendingCoor = VGeant3[1]; // Y
 217   this->fZ = VGeant3[2]; // Z
 218   Double_t pYZ = VGeant3[6] * TMath::Sqrt(1.0 - VGeant3[3] * VGeant3[3]);
 219   this->fInverseBendingMomentum = Charge / pYZ;
 220   this->fBendingSlope = VGeant3[4] / VGeant3[5];
 221   this->fNonBendingSlope = VGeant3[3] / VGeant3[5];
 222 }
 223
 224   //__________________________________________________________________________
 225 void AliMUONTrackParam::ExtrapToStation(Int_t Station, AliMUONTrackParam *TrackParam)
 226 {
 227   // Track parameters extrapolated from current track parameters ("this")
 228   // to both chambers of the station(0..) "Station"
 229   // are returned in the array (dimension 2) of track parameters
 230   // pointed to by "TrackParam" (index 0 and 1 for first and second chambers).
 231   Double_t extZ[2], z1, z2;
 232   Int_t i1 = -1, i2 = -1; // = -1 to avoid compilation warnings
 233   AliMUON *pMUON = (AliMUON*) gAlice->GetModule("MUON"); // necessary ????
 234   // range of Station to be checked ????
 235   z1 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station)))->Z(); // Z of first chamber
 236   z2 = (&(pMUON->Chamber(2 * Station + 1)))->Z(); // Z of second chamber
 237   // First and second Z to extrapolate at
 238   if ((z1 > this->fZ) && (z2 > this->fZ)) {i1 = 0; i2 = 1;}
 239   else if ((z1 < this->fZ) && (z2 < this->fZ)) {i1 = 1; i2 = 0;}
 240   else {
 241     cout << "ERROR in AliMUONTrackParam::CreateExtrapSegmentInStation" << endl;
 242     cout << "Starting Z (" << this->fZ << ") in between z1 (" << z1 <<
 243       ") and z2 (" << z2 << ") of station(0..) " << Station << endl;
 244   }
 245   extZ[i1] = z1;
 246   extZ[i2] = z2;
 247   // copy of track parameters
 248   TrackParam[i1] = *this;
 249   // first extrapolation
 250   (&(TrackParam[i1]))->ExtrapToZ(extZ[0]);
 251   TrackParam[i2] = TrackParam[i1];
 252   // second extrapolation
 253   (&(TrackParam[i2]))->ExtrapToZ(extZ[1]);
 254   return;
 255 }
 256
 257   //__________________________________________________________________________
 258 void AliMUONTrackParam::ExtrapToVertex()
 259 {
 260   // Extrapolation to the vertex.
 261   // Returns the track parameters resulting from the extrapolation,
 262   // in the current TrackParam.
 263   // Changes parameters according to Branson correction through the absorber
 264
 265   Double_t zAbsorber = 503.0; // to be coherent with the Geant absorber geometry !!!!
 266   // Extrapolates track parameters upstream to the "Z" end of the front absorber
 267   ExtrapToZ(zAbsorber);
 268     // Makes Branson correction (multiple scattering + energy loss)
 269   BransonCorrection();
 270 }
 271
 272   //__________________________________________________________________________
 273 void AliMUONTrackParam::BransonCorrection()
 274 {
 275   // Branson correction of track parameters
 276   // the entry parameters have to be calculated at the end of the absorber
 277   Double_t zEndAbsorber, zBP, xBP, yBP;
 278   Double_t  pYZ, pX, pY, pZ, pTotal, xEndAbsorber, yEndAbsorber, radiusEndAbsorber2, pT, theta;
 279   Int_t sign;
 280   // Would it be possible to calculate all that from Geant configuration ????
 281   // and to get the Branson parameters from a function in ABSO module ????
 282   // with an eventual contribution from other detectors like START ????
 283   // Radiation lengths outer part theta > 3 degres
 284   static Double_t x01[9] = { 18.8,    // C (cm)
 285                              10.397,   // Concrete (cm)
 286                              0.56,    // Plomb (cm)
 287                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 288                              0.56,   // Plomb (cm)
 289                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 290                              0.56,   // Plomb (cm)
 291                              47.26,   // Polyethylene (cm)
 292                              0.56 };   // Plomb (cm)
 293   // inner part theta < 3 degres
 294   static Double_t x02[3] = { 18.8,    // C (cm)
 295                              10.397,   // Concrete (cm)
 296                              0.35 };    // W (cm)
 297   // z positions of the materials inside the absober outer part theta > 3 degres
 298   static Double_t z1[10] = { 90, 315, 467, 472, 477, 482, 487, 492, 497, 502 };
 299   // inner part theta < 3 degres
 300   static Double_t z2[4] = { 90, 315, 467, 503 };
 301   static Bool_t first = kTRUE;
 302   static Double_t zBP1, zBP2, rLimit;
 303   // Calculates z positions of the Branson's planes: zBP1 for outer part and zBP2 for inner part (only at the first call)
 304   if (first) {
 305     first = kFALSE;
 306     Double_t aNBP = 0.0;
 307     Double_t aDBP = 0.0;
 308     Int_t iBound;
 309
 310     for (iBound = 0; iBound < 9; iBound++) {
 311       aNBP = aNBP +
 312         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] * z1[iBound+1] -
 313          z1[iBound]   * z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 314       aDBP = aDBP +
 315         (z1[iBound+1] * z1[iBound+1] - z1[iBound]   * z1[iBound]    ) / x01[iBound];
 316     }
 317     zBP1 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 318     aNBP = 0.0;
 319     aDBP = 0.0;
 320     for (iBound = 0; iBound < 3; iBound++) {
 321       aNBP = aNBP +
 322         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] * z2[iBound+1] -
 323          z2[iBound]   * z2[iBound ]  * z2[iBound]    ) / x02[iBound];
 324       aDBP = aDBP +
 325         (z2[iBound+1] * z2[iBound+1] - z2[iBound] * z2[iBound]) / x02[iBound];
 326     }
 327     zBP2 = (2.0 * aNBP) / (3.0 * aDBP);
 328     rLimit = z2[3] * TMath::Tan(3.0 * (TMath::Pi()) / 180.);
 329   }
 330
 331   pYZ = TMath::Abs(1.0 / fInverseBendingMomentum);
 332   sign = 1;
 333   if (fInverseBendingMomentum < 0) sign = -1;
 334   pZ = pYZ / (TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope));
 335   pX = pZ * fNonBendingSlope;
 336   pY = pZ * fBendingSlope;
 337   pTotal = TMath::Sqrt(pYZ *pYZ + pX * pX);
 338   xEndAbsorber = fNonBendingCoor;
 339   yEndAbsorber = fBendingCoor;
 340   radiusEndAbsorber2 = xEndAbsorber * xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 341
 342   if (radiusEndAbsorber2 > rLimit*rLimit) {
 343     zEndAbsorber = z1[9];
 344     zBP = zBP1;
 345   } else {
 346     zEndAbsorber = z2[3];
 347     zBP = zBP2;
 348   }
 349
 350   xBP = xEndAbsorber - (pX / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 351   yBP = yEndAbsorber - (pY / pZ) * (zEndAbsorber - zBP);
 352
 353   // new parameters after Branson and energy loss corrections
 354   pZ = pTotal * zBP / TMath::Sqrt(xBP * xBP + yBP * yBP + zBP * zBP);
 355   pX = pZ * xBP / zBP;
 356   pY = pZ * yBP / zBP;
 357   fBendingSlope = pY / pZ;
 358   fNonBendingSlope = pX / pZ;
 359
 360   pT = TMath::Sqrt(pX * pX + pY * pY);
 361   theta = TMath::ATan2(pT, pZ);
 362   pTotal =
 363     TotalMomentumEnergyLoss(rLimit, pTotal, theta, xEndAbsorber, yEndAbsorber);
 364
 365   fInverseBendingMomentum = (sign / pTotal) *
 366     TMath::Sqrt(1.0 +
 367                 fBendingSlope * fBendingSlope +
 368                 fNonBendingSlope * fNonBendingSlope) /
 369     TMath::Sqrt(1.0 + fBendingSlope * fBendingSlope);
 370
 371   // vertex position at (0,0,0)
 372   // should be taken from vertex measurement ???
 373   fBendingCoor = 0.0;
 374   fNonBendingCoor = 0;
 375   fZ= 0;
 376 }
 377
 378   //__________________________________________________________________________
 379 Double_t AliMUONTrackParam::TotalMomentumEnergyLoss(Double_t rLimit, Double_t pTotal, Double_t theta, Double_t xEndAbsorber, Double_t yEndAbsorber)
 380 {
 381   // Returns the total momentum corrected from energy loss in the front absorber
 382   Double_t deltaP, pTotalCorrected;
 383
 384   Double_t radiusEndAbsorber2 =
 385     xEndAbsorber *xEndAbsorber + yEndAbsorber * yEndAbsorber;
 386   // Parametrization to be redone according to change of absorber material ????
 387   // See remark in function BransonCorrection !!!!
 388   // The name is not so good, and there are many arguments !!!!
 389   if (radiusEndAbsorber2 < rLimit * rLimit) {
 390     if (pTotal < 15) {
 391       deltaP = 2.737 + 0.0494 * pTotal - 0.001123 * pTotal * pTotal;
 392     } else {
 393       deltaP = 3.0643 + 0.01346 *pTotal;
 394     }
 395   } else {
 396     if (pTotal < 15) {
 397       deltaP  = 2.1380 + 0.0351 * pTotal - 0.000853 * pTotal * pTotal;
 398     } else {
 399       deltaP = 2.407 + 0.00702 * pTotal;
 400     }
 401   }
 402   deltaP = 0.88 * deltaP; // !!!! changes in the absorber composition ????
 403   pTotalCorrected = pTotal + deltaP / TMath::Cos(theta);
 404   return pTotalCorrected;
 405 }
 406