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