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