Update of ACORDE-QA-Raw data histograms (now they go from -0.5 to 59.5)
[u/mrichter/AliRoot.git] / MUON / AliMUONv1.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 purpeateose. It is      *
13  * provided "as is" without express or implied warranty.                  *
14  **************************************************************************/
15
16 /* $Id$ */
17
18 //-----------------------------------------------------------------------------
19 // Class AliMUONv1
20 // --------------------
21 // AliDetector class for MUON subsystem which implements
22 // functions for simulation 
23 //-----------------------------------------------------------------------------
24
25 #include "AliMUONv1.h"
26 #include "AliMUONConstants.h"
27 #include "AliMUONResponseFactory.h"
28 #include "AliMUONHit.h"
29 #include "AliMUONGeometryBuilder.h"     
30 #include "AliMUONGeometry.h"    
31 #include "AliMUONGeometryTransformer.h" 
32 #include "AliMUONGeometryModule.h"      
33 #include "AliMUONStringIntMap.h"        
34 #include "AliMUONGeometryDetElement.h"  
35
36 #include "AliMpCDB.h"
37 #include "AliMpDEManager.h"
38
39 #include "AliConst.h" 
40 #include "AliMagF.h"
41 #include "AliRun.h"
42 #include "AliMC.h"
43 #include "AliTrackReference.h"
44 #include "AliLog.h"
45
46 #include <TClonesArray.h>
47 #include <TF1.h>
48 #include <TF2.h>
49 #include <TGeoGlobalMagField.h>
50 #include <TGeoMatrix.h>
51 #include <TRandom.h>
52 #include <TRandom.h> 
53 #include <TVirtualMC.h>
54
55 #include <string>
56
57 #include "AliMUONVHitStore.h"
58
59 /// \cond CLASSIMP
60 ClassImp(AliMUONv1)
61 /// \endcond
62  
63 //___________________________________________
64 AliMUONv1::AliMUONv1() 
65   : AliMUON(),
66     fAngleEffect(kTRUE),
67     fMagEffect(kTRUE),
68     fStepMaxInActiveGas(0.6),
69     fStepSum(0x0),
70     fDestepSum(0x0),
71     fTrackMomentum(), 
72     fTrackPosition(),
73     fElossRatio(0x0),
74     fAngleEffect10(0x0),
75     fAngleEffectNorma(0x0),
76     fMagAngleEffectNorma(0x0)
77 {
78 /// Default constructor
79   
80   AliDebug(1,Form("default (empty) ctor this=%p",this));
81
82
83 //___________________________________________
84 AliMUONv1::AliMUONv1(const char *name, const char* title)
85 : AliMUON(name, title), 
86     fAngleEffect(kTRUE),
87     fMagEffect(kTRUE),
88     fStepMaxInActiveGas(0.6),
89     fStepSum(0x0),
90     fDestepSum(0x0),
91     fTrackMomentum(), 
92     fTrackPosition(),
93     fElossRatio(0x0),
94     fAngleEffect10(0x0),
95     fAngleEffectNorma(0x0),
96     fMagAngleEffectNorma(0x0)
97 {
98 /// Standard onstructor
99
100     AliDebug(1,Form("ctor this=%p",this));      
101         
102     // Load mapping
103     if ( ! AliMpCDB::LoadMpSegmentation() ) {
104       AliFatal("Could not access mapping from OCDB !");
105     }
106        
107     // By default include all stations
108
109     fStepSum   = new Float_t [AliMUONConstants::NCh()];
110     fDestepSum = new Float_t [AliMUONConstants::NCh()];
111     for (Int_t i=0; i<AliMUONConstants::NCh(); i++) {
112       fStepSum[i] =0.0;
113       fDestepSum[i]=0.0;
114     }
115     // Ratio of particle mean eloss with respect MIP's Khalil Boudjemline, sep 2003, PhD.Thesis and Particle Data Book
116     fElossRatio = new TF1("ElossRatio","[0]+[1]*x+[2]*x*x+[3]*x*x*x+[4]*x*x*x*x",0.5,5.); 
117     fElossRatio->SetParameter(0,1.02138);
118     fElossRatio->SetParameter(1,-9.54149e-02);
119     fElossRatio->SetParameter(2,+7.83433e-02); 
120     fElossRatio->SetParameter(3,-9.98208e-03);
121     fElossRatio->SetParameter(4,+3.83279e-04);
122
123     // Angle effect in tracking chambers at theta =10 degres as a function of ElossRatio (Khalil BOUDJEMLINE sep 2003 Ph.D Thesis) (in micrometers)
124     fAngleEffect10 = new TF1("AngleEffect10","[0]+[1]*x+[2]*x*x",0.5,3.0);
125     fAngleEffect10->SetParameter(0, 1.90691e+02);
126     fAngleEffect10->SetParameter(1,-6.62258e+01);
127     fAngleEffect10->SetParameter(2,+1.28247e+01);
128     // Angle effect: Normalisation form theta=10 degres to theta between 0 and 10 (Khalil BOUDJEMLINE sep 2003 Ph.D Thesis)  
129     // Angle with respect to the wires assuming that chambers are perpendicular to the z axis.
130     fAngleEffectNorma = new TF1("AngleEffectNorma","[0]+[1]*x+[2]*x*x+[3]*x*x*x",0.0,10.0);
131     fAngleEffectNorma->SetParameter(0,4.148);
132     fAngleEffectNorma->SetParameter(1,-6.809e-01);
133     fAngleEffectNorma->SetParameter(2,5.151e-02);
134     fAngleEffectNorma->SetParameter(3,-1.490e-03);
135
136     // Magnetic field effect: Normalisation form theta=16 degres (eq. 10 degrees B=0) to theta between -20 and 20 (Lamia Benhabib jun 2006 )  
137     // Angle with respect to the wires assuming that chambers are perpendicular to the z axis.
138     fMagAngleEffectNorma = new TF2("MagAngleEffectNorma","121.24/(([1]+[2]*abs(y))+[3]*abs(x-[0]*y)+[4]*abs((x-[0]*y)*(x-[0]*y))+[5]*abs((x-[0]*y)*(x-[0]*y)*(x-[0]*y))+[6]*abs((x-[0]*y)*(x-[0]*y)*(x-[0]*y)*(x-[0]*y)))",-20.0,20.0,-1.,1.);
139     fMagAngleEffectNorma->SetParameters(8.6995, 25.4022, 13.8822, 2.4717, 1.1551, -0.0624, 0.0012);
140 }
141
142 //___________________________________________
143 AliMUONv1::~AliMUONv1()
144 {
145 /// Destructor
146   
147   AliDebug(1,Form("dtor this=%p",this));
148   delete [] fStepSum;
149   delete [] fDestepSum;
150   delete fElossRatio;
151   delete fAngleEffect10;
152   delete fAngleEffectNorma; 
153   delete fMagAngleEffectNorma;
154 }
155
156 //__________________________________________________
157 void AliMUONv1::CreateGeometry()
158 {
159 /// Construct geometry using geometry builder
160
161   fGeometryBuilder->CreateGeometry();
162 }
163
164 //________________________________________________________________
165 void AliMUONv1::CreateMaterials()
166 {
167 /// Construct materials using geometry builder
168
169   fGeometryBuilder->CreateMaterials();
170 }
171
172 //________________________________________________________________
173 void AliMUONv1::UpdateInternalGeometry()
174 {
175 /// Update geometry after applying mis-alignment
176
177   // Load mapping
178   if ( ! AliMpCDB::LoadMpSegmentation() ) {
179     AliFatal("Could not access mapping from OCDB !");
180   }
181
182   fGeometryBuilder->UpdateInternalGeometry();
183 }
184
185 //________________________________________________________________
186 void AliMUONv1::AddAlignableVolumes() const
187 {
188 /// Construct materials using geometry builder
189
190   GetGeometryTransformer()->AddAlignableVolumes();
191 }
192
193
194 //___________________________________________
195 void AliMUONv1::Init()
196
197 /// Initialize geometry
198
199   AliDebug(1,"Start Init for version 1 - CPC chamber type");
200    
201   fGeometryBuilder->InitGeometry();
202   AliDebug(1,"Finished Init for version 1 - CPC chamber type");   
203  
204
205   // Build segmentation
206   // using geometry parametrisation
207   //
208   // Build response
209   //
210   AliMUONResponseFactory respFactory("default", fIsTailEffect);
211   respFactory.Build(this);
212   
213 }
214
215 //__________________________________________________________________
216 Int_t  AliMUONv1::GetGeomModuleId(Int_t volId) const
217 {
218 /// Check if the volume with specified  volId is a sensitive volume (gas) 
219 /// of some chamber and return the chamber number;
220 /// if not sensitive volume - return 0.
221
222   for (Int_t i = 0; i < AliMUONConstants::NGeomModules(); i++) {
223     if ( GetGeometry()->GetModule(i)->IsSensitiveVolume(volId) )
224       return i;
225   }    
226
227   return -1;
228 }
229
230 //_______________________________________________________________________________
231 TString  AliMUONv1::CurrentVolumePath() const
232 {
233 /// Return current volume path
234 /// (Could be removed when this function is available via gMC)
235
236   TString path = "";
237   TString name;
238   Int_t copyNo;
239   Int_t imother = 0;
240   do {
241     name = gMC->CurrentVolOffName(imother);
242     gMC->CurrentVolOffID(imother++, copyNo);
243     TString add = "/";
244     add += name;
245     add += "_";
246     add += copyNo;
247     path.Insert(0,add); 
248   }
249   while ( name != TString("ALIC") );
250   
251   return path;  
252 }
253
254 //_______________________________________________________________________________
255 void AliMUONv1::StepManager()
256 {
257 /// Step manager for the chambers
258
259   // Only charged tracks
260   if( !(gMC->TrackCharge()) ) return; 
261   // Only charged tracks
262   
263   // Only gas gap inside chamber
264   // Tag chambers and record hits when track enters 
265   static Int_t   idvol=-1, iEnter = 0;
266   Int_t   copy;
267   const  Float_t kBig = 1.e10;
268   static Double_t xyzEnter[3];
269
270   //
271   // Only gas gap inside chamber
272   // Tag chambers and record hits when track enters 
273   Int_t id=gMC->CurrentVolID(copy);
274   Int_t iGeomModule = GetGeomModuleId(id);
275   if (iGeomModule == -1) return;
276
277   // Detection elements id
278   const AliMUONGeometryModule* kGeometryModule
279     = GetGeometry()->GetModule(iGeomModule);
280   AliMUONGeometryDetElement* detElement
281     = kGeometryModule->FindBySensitiveVolume(CurrentVolumePath());
282     
283   if (!detElement && iGeomModule < AliMUONConstants::NGeomModules()-2) {
284     iGeomModule++;
285     const AliMUONGeometryModule* kGeometryModule2
286       = GetGeometry()->GetModule(iGeomModule);
287     detElement 
288       = kGeometryModule2->FindBySensitiveVolume(CurrentVolumePath());
289   }    
290
291   Int_t detElemId = 0;
292   if (detElement) detElemId = detElement->GetUniqueID(); 
293  
294   if (!detElemId) {
295     AliErrorStream() 
296          << "Geometry module id: "
297          << setw(3) << iGeomModule << "  "
298          << "Current SV: " 
299          <<  CurrentVolumePath() 
300          << "  detElemId: "
301          << setw(5) << detElemId 
302          << endl;
303     Double_t x, y, z;
304     gMC->TrackPosition(x, y, z);         
305     AliErrorStream() 
306          << "   global position: "
307          << x << ", " << y << ", " << z
308          << endl;
309     AliErrorStream() << "DetElemId not identified." << endl;
310   } 
311   
312   Int_t iChamber = AliMpDEManager::GetChamberId(detElemId) + 1; 
313   idvol = iChamber -1;
314     
315   // Filling TrackRefs file for MUON. Our Track references are the active volume of the chambers
316   if ( (gMC->IsTrackEntering() || gMC->IsTrackExiting() ) ) {
317     AliTrackReference* trackReference    
318       = AddTrackReference(gAlice->GetMCApp()->GetCurrentTrackNumber(), AliTrackReference::kMUON);
319     trackReference->SetUserId(detElemId);
320   }  
321   
322   if( gMC->IsTrackEntering() ) {
323      Float_t theta = fTrackMomentum.Theta();
324      if ((TMath::Pi()-theta)*kRaddeg>=15.) gMC->SetMaxStep(fStepMaxInActiveGas); // We use Pi-theta because z is negative
325      iEnter = 1;
326      gMC->TrackPosition(xyzEnter[0], xyzEnter[1], xyzEnter[2]); // save coordinates of entrance point
327   }
328
329    //   AliDebug(1,
330    //       Form("Active volume found %d chamber %d Z chamber is %f ",idvol,iChamber,
331    //            ( (AliMUONChamber*)(*fChambers)[idvol])->Z())) ;
332   // Particule id and mass, 
333   Int_t     ipart = gMC->TrackPid();
334   Float_t   mass  = gMC->TrackMass();
335
336   fDestepSum[idvol]+=gMC->Edep();
337   // Get current particle id (ipart), track position (pos)  and momentum (mom)
338   if ( fStepSum[idvol]==0.0 )  gMC->TrackMomentum(fTrackMomentum);
339   fStepSum[idvol]+=gMC->TrackStep();
340   
341   //  if (AliDebugLevel()) {
342   //   AliDebug(1,Form("Step, iChamber %d, Particle %d, theta %f phi %f mass %f StepSum %f eloss %g",
343   //                 iChamber,ipart, fTrackMomentum.Theta()*kRaddeg, fTrackMomentum.Phi()*kRaddeg,
344   //         mass, fStepSum[idvol], gMC->Edep()));
345   // AliDebug(1,Form("Step:Track Momentum %f %f %f", fTrackMomentum.X(), fTrackMomentum.Y(), 
346   //         fTrackMomentum.Z()));
347   // gMC->TrackPosition(fTrackPosition);
348   // AliDebug(1,Form("Step: Track Position %f %f %f",fTrackPosition.X(),
349   //         fTrackPosition.Y(),fTrackPosition.Z())) ;
350   //}
351
352   // Track left chamber or StepSum larger than fStepMaxInActiveGas
353   if ( gMC->IsTrackExiting() || 
354        gMC->IsTrackStop() || 
355        gMC->IsTrackDisappeared()||
356        (fStepSum[idvol]>fStepMaxInActiveGas) ) {
357     
358     if   ( gMC->IsTrackExiting() || 
359            gMC->IsTrackStop() || 
360            gMC->IsTrackDisappeared() ) gMC->SetMaxStep(kBig);
361     if (fDestepSum[idvol] == 0) {
362       // AZ - no energy release
363       fStepSum[idvol] = 0; // Reset for the next event
364       iEnter = 0;
365       return; 
366     }
367
368     gMC->TrackPosition(fTrackPosition);
369     Float_t theta = fTrackMomentum.Theta();
370     Float_t phi   = fTrackMomentum.Phi();
371     
372     Int_t merge = 0;
373     Double_t xyz0[3]={0}, xyz1[3]={0}, tmp[3]={0};
374     if (gMC->IsTrackExiting() && iEnter != 0) {
375       // AZ - this code is to avoid artificial hit splitting at the
376       // "fake" boundary inside the same chamber. It will still produce 
377       // 2 hits but with the same coordinates (at the wire) to allow 
378       // their merging at the digitization level.
379
380       // Only for a track going from the entrance to the exit from the volume
381       // Get local coordinates
382       gMC->Gmtod(xyzEnter, xyz0, 1); // local coord. at the entrance
383
384       fTrackPosition.Vect().GetXYZ(tmp);
385       gMC->Gmtod(tmp, xyz1, 1); // local coord. at the exit
386       Float_t dx = xyz0[0] - xyz1[0];
387       Float_t dy = xyz0[1] - xyz1[1];
388       Float_t thLoc = TMath::ATan2 (TMath::Sqrt(dx*dx+dy*dy), TMath::Abs(xyz0[2]-xyz1[2]));
389       if (thLoc * TMath::RadToDeg() < 15) merge = 1; 
390     }
391
392     if (merge) {
393       Double_t dz = -0.5;
394       if (xyz1[2] != xyz0[2]) dz = xyz0[2] / (xyz1[2] - xyz0[2]);
395       tmp[0] = xyz0[0] - (xyz1[0] - xyz0[0]) * dz; // local coord. at the wire
396       tmp[1] = xyz0[1] - (xyz1[1] - xyz0[1]) * dz;
397       tmp[2] = xyz0[2] - (xyz1[2] - xyz0[2]) * dz;
398       gMC->Gdtom(tmp, xyz1, 1); // global coord. at the wire
399       fTrackPosition.SetXYZT(xyz1[0], xyz1[1], xyz1[2], fTrackPosition.T());
400     } else {
401       TLorentzVector backToWire( fStepSum[idvol]/2.*sin(theta)*cos(phi),
402                                  fStepSum[idvol]/2.*sin(theta)*sin(phi),
403                                  fStepSum[idvol]/2.*cos(theta),0.0       );
404       fTrackPosition-=backToWire;
405       //printf(" %d %d %d %f %d \n", gMC->IsTrackExiting(), gMC->IsTrackStop(), gMC->IsTrackDisappeared(), fStepSum[idvol], iEnter);
406       //    AliDebug(1,
407       //     Form("Track Position %f %f %f",fTrackPosition.X(),fTrackPosition.Y(),fTrackPosition.Z()));
408       // AliDebug(1,
409       //     Form("Exit: Track backToWire %f %f %f",backToWire.X(),backToWire.Y(),backToWire.Z())) ;
410     }
411     
412     //-------------- Angle effect 
413     // Ratio between energy loss of particle and Mip as a function of BetaGamma of particle (Energy/Mass)
414     
415     Float_t betaxGamma    = fTrackMomentum.P()/mass;//  pc/mc2
416     Float_t sigmaEffect10degrees;
417     Float_t sigmaEffectThetadegrees;
418     Float_t eLossParticleELossMip;
419     Float_t yAngleEffect=0.;
420     Float_t thetawires      =  TMath::ASin( TMath::Sin(TMath::Pi()-theta) * TMath::Sin(phi) ) ;// We use Pi-theta because z is negative
421     Double_t bField[3] = {0};
422     fTrackPosition.Vect().GetXYZ(tmp);
423     TGeoGlobalMagField::Instance()->Field(tmp,bField);
424
425     if (fAngleEffect && !fMagEffect){
426       thetawires = TMath::Abs(thetawires);
427     if ( (betaxGamma >3.2)   &&  (thetawires*kRaddeg<=15.) ) {
428       betaxGamma=TMath::Log(betaxGamma);
429       eLossParticleELossMip = fElossRatio->Eval(betaxGamma);
430       // 10 degrees is a reference for a model (arbitrary)
431       sigmaEffect10degrees=fAngleEffect10->Eval(eLossParticleELossMip);// in micrometers
432       // Angle with respect to the wires assuming that chambers are perpendicular to the z axis.
433       sigmaEffectThetadegrees =  sigmaEffect10degrees/fAngleEffectNorma->Eval(thetawires*kRaddeg);  // For 5mm gap  
434       if ( (iChamber==1)  ||  (iChamber==2) )  
435         sigmaEffectThetadegrees/=(1.09833e+00+1.70000e-02*(thetawires*kRaddeg)); // The gap is different (4mm)
436       yAngleEffect=1.e-04*gRandom->Gaus(0,sigmaEffectThetadegrees); // Error due to the angle effect in cm
437     }
438     }
439     else if (fAngleEffect && fMagEffect) {
440       if ( (betaxGamma >3.2)   &&  (TMath::Abs(thetawires*kRaddeg)<=15.) ) {
441         betaxGamma=TMath::Log(betaxGamma);
442         eLossParticleELossMip = fElossRatio->Eval(betaxGamma);
443         // 10 degrees is a reference for a model (arbitrary)
444         sigmaEffect10degrees=fAngleEffect10->Eval(eLossParticleELossMip);// in micrometers
445         // Angle with respect to the wires assuming that chambers are perpendicular to the z axis.
446         sigmaEffectThetadegrees =  sigmaEffect10degrees/fMagAngleEffectNorma->Eval(thetawires*kRaddeg,bField[0]/10.);  // For 5mm gap  
447       if ( (iChamber==1)  ||  (iChamber==2) )  
448         sigmaEffectThetadegrees/=(1.09833e+00+1.70000e-02*(thetawires*kRaddeg)); // The gap is different (4mm)
449         yAngleEffect=1.e-04*gRandom->Gaus(0,sigmaEffectThetadegrees); // Error due to the angle effect in cm
450       }
451     }
452
453     AliMUONHit hit(fIshunt, 
454                    gAlice->GetMCApp()->GetCurrentTrackNumber(), 
455                    detElemId, ipart,
456                    fTrackPosition.X(), 
457                    fTrackPosition.Y()+yAngleEffect, 
458                    fTrackPosition.Z(), 
459                    gMC->TrackTime(),
460                    fTrackMomentum.P(),
461                    theta, 
462                    phi, 
463                    fStepSum[idvol], 
464                    fDestepSum[idvol],                        
465                    fTrackPosition.X(),
466                    fTrackPosition.Y(),
467                    fTrackPosition.Z());
468     
469     fHitStore->Add(hit);
470
471     fStepSum[idvol]  =0; // Reset for the next event
472     fDestepSum[idvol]=0; // Reset for the next event
473     iEnter = 0;
474   }
475 }