PWGHF/vertexingHF/AliHFPtSpectrum.h

   1 #ifndef ALIHFPTSPECTRUM_H
   2 #define ALIHFPTSPECTRUM_H
   3
   4 /* Copyright(c) 1998-2010, ALICE Experiment at CERN, All rights reserved. *
   5  * See cxx source for full Copyright notice                               */
   6
   7 /* $Id$ */
   8
   9 //***********************************************************************
  10 // Class AliHFPtSpectrum
  11 // Base class for feed-down corrections on heavy-flavour decays
  12 // computes the cross-section via one of the three implemented methods:
  13 //   0) Consider no feed-down prediction
  14 //   1) Subtract the feed-down with the "fc" method
  15 //       Yield = Reco * fc;  where fc = 1 / ( 1 + (eff_b/eff_c)*(N_b/N_c) ) ;
  16 //   2) Subtract the feed-down with the "Nb" method
  17 //       Yield = Reco - Feed-down (exact formula on the function implementation)
  18 //
  19 //  (the corrected yields per bin are divided by the bin-width)
  20 //
  21 //
  22 //  In HIC you can also evaluate how the feed-down correction is influenced by an energy loss hypothesis:
  23 //      Raa(c-->D) / Raa(b-->D) defined here as Rcb for the "fc" method
  24 //      Raa(b-->D) defined here as Rb for the "Nb" method
  25 //
  26 // Author: Z.Conesa, zconesa@in2p3.fr
  27 //***********************************************************************
  28
  29 #include "TNamed.h"
  30 #include "TMath.h"
  31
  32 class TH1;
  33 class TH2;
  34 class TNtuple;
  35 class TGraphAsymmErrors;
  36
  37
  38 class AliHFPtSpectrum: public TNamed
  39 {
  40
  41  public:
  42
  43   // Constructor
  44   AliHFPtSpectrum(const char* name="AliHFPtSpectrum", const char* title="HF feed down correction class", Int_t option=1);
  45   // Copy constructor
  46   AliHFPtSpectrum(const AliHFPtSpectrum &rhs);
  47   // Assignment operator
  48   AliHFPtSpectrum& operator=(const AliHFPtSpectrum &source);
  49   // Destructor
  50   virtual ~AliHFPtSpectrum();
  51
  52   //
  53   // Setters
  54   //
  55   // Set the theoretical direct & feeddown pt spectrum
  56   void SetMCptSpectra(TH1D *hDirect, TH1D *hFeedDown);
  57   // Set the theoretical feeddown pt spectrum
  58   void SetFeedDownMCptSpectra(TH1D *hFeedDown);
  59   // Set the theoretical direct & feeddown pt spectrum upper and lower bounds
  60   void SetMCptDistributionsBounds(TH1D *hDirectMax, TH1D *hDirectMin, TH1D *hFeedDownMax, TH1D *hFeedDownMin);
  61   // Set the theoretical feeddown pt spectrum upper and lower bounds
  62   void SetFeedDownMCptDistributionsBounds(TH1D *hFeedDownMax, TH1D *hFeedDownMin);
  63   // Set the acceptance and efficiency corrections for direct
  64   void SetDirectAccEffCorrection(TH1D *hDirectEff);
  65   // Set the acceptance and efficiency corrections for direct & feeddown
  66   void SetAccEffCorrection(TH1D *hDirectEff, TH1D *hFeedDownEff);
  67   // Set the reconstructed spectrum
  68   void SetReconstructedSpectrum(TH1D *hRec);
  69   void SetReconstructedSpectrumSystematics(TGraphAsymmErrors *gRec);
  70   // Set the calculation option flag for feed-down correction: 0=none, 1=fc , 2=Nb
  71   void SetFeedDownCalculationOption(Int_t option){ fFeedDownOption = option; }
  72   // Set if the calculation has to consider asymmetric uncertaInt_ties or not
  73   void SetComputeAsymmetricUncertainties(Bool_t flag){ fAsymUncertainties = flag; }
  74   // Set if the calculation has to consider Ratio(c/b eloss) hypothesis
  75   void SetComputeElossHypothesis(Bool_t flag){ fPbPbElossHypothesis = flag; }
  76   // Set the luminosity and its uncertainty
  77   void SetLuminosity(Double_t luminosity, Double_t unc){
  78     fLuminosity[0]=luminosity;  fLuminosity[1]=unc;
  79   }
  80   // Set the trigger efficiency and its uncertainty
  81   void SetTriggerEfficiency(Double_t efficiency, Double_t unc){
  82     fTrigEfficiency[0]=efficiency; fTrigEfficiency[1]=unc;
  83   }
  84   // Set global acceptance x efficiency correction uncertainty (in percentages)
  85   void SetAccEffPercentageUncertainty(Double_t globalEffUnc, Double_t globalBCEffRatioUnc){
  86     fGlobalEfficiencyUncertainties[0] = globalEffUnc;
  87     fGlobalEfficiencyUncertainties[1] = globalBCEffRatioUnc;
  88   }
  89   // Set the normalization factors
  90   void SetNormalization(Double_t normalization){
  91     fLuminosity[0]=normalization;
  92   }
  93   void SetNormalization(Int_t nevents, Double_t sigma){
  94     fLuminosity[0]=nevents/sigma;
  95     fNevts = nevents;
  96   }
  97   void SetNormalization(Int_t nevents, Double_t sigma, Double_t sigmaunc){
  98     fLuminosity[0] = nevents/sigma;
  99     fLuminosity[1] = fLuminosity[0] * TMath::Sqrt( (1/nevents) + (sigmaunc/sigma)*(sigmaunc/sigma) );
 100     fNevts = nevents;
 101   }
 102   //
 103   // Set the Tab parameter and its uncertainty
 104   void SetTabParameter(Double_t tabvalue, Double_t uncertainty){
 105     fTab[0] = tabvalue;
 106     fTab[1] = uncertainty;
 107   }
 108
 109
 110   //
 111   // Getters
 112   //
 113   // Return the theoretical predictions used for the calculation (rebinned if needed)
 114   TH1D * GetDirectTheoreticalSpectrum() const { return (fhDirectMCpt ? (TH1D*)fhDirectMCpt : NULL); }
 115   TH1D * GetDirectTheoreticalUpperLimitSpectrum() const { return (fhDirectMCptMax ? (TH1D*)fhDirectMCptMax : NULL); }
 116   TH1D * GetDirectTheoreticalLowerLimitSpectrum() const { return (fhDirectMCptMin ? (TH1D*)fhDirectMCptMin : NULL); }
 117   TH1D * GetFeedDownTheoreticalSpectrum() const { return (fhFeedDownMCpt ? (TH1D*)fhFeedDownMCpt : NULL); }
 118   TH1D * GetFeedDownTheoreticalUpperLimitSpectrum() const { return (fhFeedDownMCptMax ? (TH1D*)fhFeedDownMCptMax : NULL); }
 119   TH1D * GetFeedDownTheoreticalLowerLimitSpectrum() const { return (fhFeedDownMCptMin ? (TH1D*)fhFeedDownMCptMin : NULL); }
 120   // Return the acceptance and efficiency corrections (rebinned if needed)
 121   TH1D * GetDirectAccEffCorrection() const { return (fhDirectEffpt ? (TH1D*)fhDirectEffpt : NULL); }
 122   TH1D * GetFeedDownAccEffCorrection() const { return (fhFeedDownEffpt ? (TH1D*)fhFeedDownEffpt : NULL); }
 123   // Return whether the Ratio(c/b eloss) hypothesis has been considered
 124   Bool_t IsElossHypothesisCalculated(){ return fPbPbElossHypothesis; }
 125   // Return the TGraphAsymmErrors of the feed-down correction (extreme systematics)
 126   TGraphAsymmErrors * GetFeedDownCorrectionFcExtreme() const { return (fgFcExtreme ?  fgFcExtreme : NULL); }
 127   // Return the TGraphAsymmErrors of the feed-down correction (conservative systematics)
 128   TGraphAsymmErrors * GetFeedDownCorrectionFcConservative() const { return (fgFcConservative ?  fgFcConservative : NULL); }
 129   // Return the histogram of the feed-down correction
 130   TH1D * GetHistoFeedDownCorrectionFc() const { return (fhFc ?  (TH1D*)fhFc : NULL); }
 131   // Return the histograms of the feed-down correction bounds
 132   TH1D * GetHistoUpperLimitFeedDownCorrectionFc() const { return (fhFcMax ? (TH1D*)fhFcMax : NULL); }
 133   TH1D * GetHistoLowerLimitFeedDownCorrectionFc() const { return (fhFcMin ? (TH1D*)fhFcMin : NULL); }
 134   // Return the histogram of the feed-down correction times the Ratio(c/b eloss)
 135   TH2D * GetHistoFeedDownCorrectionFcVsEloss() const { return (fhFcRcb ?  (TH2D*)fhFcRcb : NULL); }
 136   // Return the TGraphAsymmErrors of the yield after feed-down correction (systematics but feed-down)
 137   TGraphAsymmErrors * GetFeedDownCorrectedSpectrum() const { return (fgYieldCorr ? fgYieldCorr : NULL); }
 138   // Return the TGraphAsymmErrors of the yield after feed-down correction (feed-down extreme systematics)
 139   TGraphAsymmErrors * GetFeedDownCorrectedSpectrumExtreme() const { return (fgYieldCorrExtreme ? fgYieldCorrExtreme : NULL); }
 140   // Return the TGraphAsymmErrors of the yield after feed-down correction (feed-down conservative systematics)
 141   TGraphAsymmErrors * GetFeedDownCorrectedSpectrumConservative() const { return (fgYieldCorrConservative ? fgYieldCorrConservative : NULL); }
 142   // Return the histogram of the yield after feed-down correction
 143   TH1D * GetHistoFeedDownCorrectedSpectrum() const { return (fhYieldCorr ? (TH1D*)fhYieldCorr : NULL); }
 144   // Return the histogram of the yield after feed-down correction bounds
 145   TH1D * GetHistoUpperLimitFeedDownCorrectedSpectrum() const { return (fhYieldCorrMax ? (TH1D*)fhYieldCorrMax : NULL); }
 146   TH1D * GetHistoLowerLimitFeedDownCorrectedSpectrum() const { return (fhYieldCorrMin ? (TH1D*)fhYieldCorrMin : NULL); }
 147   // Return the histogram of the yield after feed-down correction vs the Ratio(c/b eloss)
 148   TH2D * GetHistoFeedDownCorrectedSpectrumVsEloss() const { return (fhYieldCorrRcb ? (TH2D*)fhYieldCorrRcb : NULL); }
 149   // Return the equivalent invariant cross-section TGraphAsymmErrors (systematics but feed-down)
 150   TGraphAsymmErrors * GetCrossSectionFromYieldSpectrum() const { return (fgSigmaCorr ? fgSigmaCorr : NULL); }
 151   // Return the equivalent invariant cross-section TGraphAsymmErrors (feed-down extreme systematics)
 152   TGraphAsymmErrors * GetCrossSectionFromYieldSpectrumExtreme() const { return (fgSigmaCorrExtreme ? fgSigmaCorrExtreme : NULL); }
 153   // Return the equivalent invariant cross-section TGraphAsymmErrors (feed-down conservative systematics)
 154   TGraphAsymmErrors * GetCrossSectionFromYieldSpectrumConservative() const { return (fgSigmaCorrConservative ? fgSigmaCorrConservative : NULL); }
 155   // Return the equivalent invariant cross-section histogram
 156   TH1D * GetHistoCrossSectionFromYieldSpectrum() const { return (fhSigmaCorr ? (TH1D*)fhSigmaCorr : NULL); }
 157   // Return the equivalent invariant cross-section histogram bounds
 158   TH1D * GetHistoUpperLimitCrossSectionFromYieldSpectrum() const { return (fhSigmaCorrMax ? (TH1D*)fhSigmaCorrMax : NULL); }
 159   TH1D * GetHistoLowerLimitCrossSectionFromYieldSpectrum() const { return (fhSigmaCorrMin ? (TH1D*)fhSigmaCorrMin : NULL); }
 160   // Return the cross section systematics from data systematics
 161   TH1D * GetHistoCrossSectionDataSystematics() const { return (fhSigmaCorrDataSyst ? (TH1D*)fhSigmaCorrDataSyst : NULL); }
 162   //
 163   // PbPb special calculations
 164   // Return the equivalent invariant cross-section histogram vs the Ratio(c/b eloss)
 165   TH2D * GetHistoCrossSectionFromYieldSpectrumVsEloss() const { return (fhSigmaCorrRcb ? (TH2D*)fhSigmaCorrRcb : NULL); }
 166   // Return the ntuple of the calculation vs the Ratio(c/b eloss)
 167   TNtuple * GetNtupleCrossSectionVsEloss() { return (fnSigma ? (TNtuple*)fnSigma : NULL); }
 168   //
 169   //
 170   // Histograms to keep track of the influence of the efficiencies statistical uncertainty on the cross-section
 171   TH1D * GetDirectStatEffUncOnSigma() const { return (TH1D*)fhStatUncEffcSigma; }
 172   TH1D * GetFeedDownStatEffUncOnSigma() const { return (TH1D*)fhStatUncEffbSigma; }
 173   // Histograms to keep track of the influence of the efficiencies statistical uncertainty on the feed-down correction factor
 174   TH1D * GetDirectStatEffUncOnFc() const { return (TH1D*)fhStatUncEffcFD; }
 175   TH1D * GetFeedDownStatEffUncOnFc() const { return (TH1D*)fhStatUncEffbFD; }
 176
 177
 178   //
 179   // Main function:
 180   //    Compute the invariant cross-section from the yield (correct it)
 181   // variables : analysed delta_y, BR for the final correction, BR b --> decay (relative to the input theoretical prediction)
 182   void ComputeHFPtSpectrum(Double_t deltaY=1.0, Double_t branchingRatioC=1.0, Double_t branchingRatioBintoFinalDecay=1.0);
 183
 184   // Compute the systematic uncertainties
 185   //   taking as input the AliHFSystErr uncertainties
 186   void ComputeSystUncertainties(AliHFSystErr *systematics, Bool_t combineFeedDown);
 187   //
 188   // Drawing the corrected spectrum comparing to theoretical prediction
 189   void DrawSpectrum(TGraphAsymmErrors *gPrediction);
 190
 191   //
 192   // Basic functions
 193   //
 194   void EstimateAndSetDirectEfficiencyRecoBin(TH1D *hSimu, TH1D *hReco);
 195   void EstimateAndSetFeedDownEfficiencyRecoBin(TH1D *hSimu, TH1D *hReco);
 196
 197   //
 198   // Functions to  reweight histograms for testing purposes:
 199   //   to reweight the simulation: hToReweight is reweighted as hReference/hToReweight
 200   TH1D * ReweightHisto(TH1D *hToReweight, TH1D *hReference);
 201   //   to reweight the reco-histos: hRecToReweight is reweighted as hReference/hMCToReweight
 202   TH1D * ReweightRecHisto(TH1D *hRecToReweight, TH1D *hMCToReweight, TH1D *hMCReference);
 203   // Functionality to find the y-axis bin of a TH2 for a given y-value
 204   Int_t FindTH2YBin(TH2D *histo, Float_t yvalue);
 205
 206
 207  protected:
 208
 209   // Initialization
 210   Bool_t Initialize();
 211
 212   // Basic functions
 213   //
 214   // Compute the feed-down correction via fc-method
 215   void CalculateFeedDownCorrectionFc();
 216   // Correct the yield for feed-down correction via fc-method
 217   void CalculateFeedDownCorrectedSpectrumFc();
 218   // Correct the yield for feed-down correction via Nb-method
 219   void CalculateFeedDownCorrectedSpectrumNb(Double_t deltaY, Double_t branchingRatioBintoFinalDecay);
 220
 221   // Check histograms consistency function
 222   Bool_t CheckHistosConsistency(TH1D *h1, TH1D *h2);
 223   // Function to rebin the theoretical spectra in the data-reconstructed spectra binning
 224   TH1D * RebinTheoreticalSpectra(TH1D *hTheory, const char *name);
 225   // Function to estimate the efficiency in the data-reconstructed spectra binning
 226   TH1D * EstimateEfficiencyRecoBin(TH1D *hSimu, TH1D *hReco, const char *name);
 227
 228
 229   //
 230   // Input spectra
 231   //
 232   TH1D *fhDirectMCpt;            // Input MC c-->D spectra
 233   TH1D *fhFeedDownMCpt;          // Input MC b-->D spectra
 234   TH1D *fhDirectMCptMax;         // Input MC maximum c-->D spectra
 235   TH1D *fhDirectMCptMin;         // Input MC minimum c-->D spectra
 236   TH1D *fhFeedDownMCptMax;       // Input MC maximum b-->D spectra
 237   TH1D *fhFeedDownMCptMin;       // Input MC minimum b-->D spectra
 238   TH1D *fhDirectEffpt;           // c-->D Acceptance and efficiency correction
 239   TH1D *fhFeedDownEffpt;         // b-->D Acceptance and efficiency correction
 240   TH1D *fhRECpt;                 // all reconstructed D
 241   //
 242   TGraphAsymmErrors *fgRECSystematics; // all reconstructed D Systematic uncertainties
 243   //
 244   // Normalization factors
 245   Int_t fNevts;                      // nb of analyzed events
 246   Double_t fLuminosity[2];           // analyzed luminosity & uncertainty
 247   Double_t fTrigEfficiency[2];       // trigger efficiency & uncertainty
 248   Double_t fGlobalEfficiencyUncertainties[2]; // uncertainties on the efficiency [0]=c, b, [1]=b/c
 249   Double_t fTab[2];                   // Tab parameter and its uncertainty
 250
 251   //
 252   // Output spectra
 253   //
 254   TH1D *fhFc;                            // Correction histo fc = 1 / ( 1 + (eff_b/eff_c)*(N_b/N_c) )
 255   TH1D *fhFcMax;                         // Maximum fc histo
 256   TH1D *fhFcMin;                         // Minimum fc histo
 257   TH2D *fhFcRcb;                         // Correction histo fc vs the Ratio(c/b eloss)
 258   TGraphAsymmErrors * fgFcExtreme;       // Extreme correction as TGraphAsymmErrors
 259   TGraphAsymmErrors * fgFcConservative;  // Extreme correction as TGraphAsymmErrors
 260   TH1D *fhYieldCorr;                     // Corrected yield (stat unc. only)
 261   TH1D *fhYieldCorrMax;                  // Maximum corrected yield
 262   TH1D *fhYieldCorrMin;                  // Minimum corrected yield
 263   TH2D *fhYieldCorrRcb;                  // Corrected yield (stat unc. only) vs the Ratio(c/b eloss)
 264   TGraphAsymmErrors * fgYieldCorr;              // Corrected yield as TGraphAsymmErrors  (syst but feed-down)
 265   TGraphAsymmErrors * fgYieldCorrExtreme;       // Extreme corrected yield as TGraphAsymmErrors  (syst from feed-down)
 266   TGraphAsymmErrors * fgYieldCorrConservative;  // Conservative corrected yield as TGraphAsymmErrors  (syst from feed-down)
 267   TH1D *fhSigmaCorr;                     // Corrected cross-section (stat unc. only)
 268   TH1D *fhSigmaCorrMax;                  // Maximum corrected cross-section
 269   TH1D *fhSigmaCorrMin;                  // Minimum corrected cross-section
 270   TH1D *fhSigmaCorrDataSyst;             // Corrected cross-section (syst. unc. from data only)
 271   TH2D *fhSigmaCorrRcb;                  // Corrected cross-section (stat unc. only) vs the Ratio(c/b eloss)
 272   TGraphAsymmErrors * fgSigmaCorr;              // Corrected cross-section as TGraphAsymmErrors (syst but feed-down)
 273   TGraphAsymmErrors * fgSigmaCorrExtreme;       // Extreme corrected cross-section as TGraphAsymmErrors (syst from feed-down)
 274   TGraphAsymmErrors * fgSigmaCorrConservative;  // Conservative corrected cross-section as TGraphAsymmErrors  (syst from feed-down)
 275   //
 276   TNtuple *fnSigma;     // Ntuple of the calculation vs the Ratio(c/b eloss)
 277
 278   //
 279   Int_t fFeedDownOption;            // feed-down correction flag: 0=none, 1=fc, 2=Nb
 280   Bool_t fAsymUncertainties;        // flag: asymmetric uncertainties are (1) or not (0) considered
 281   Bool_t fPbPbElossHypothesis;      // flag: whether to do estimates vs Ratio(c/b eloss) hypothesis
 282
 283   //
 284   TH1D *fhStatUncEffcSigma;       // Uncertainty on the cross-section due to the prompt efficiency statistical uncertainty
 285   TH1D *fhStatUncEffbSigma;       // Uncertainty on the cross-section due to the feed-down efficiency statistical uncertainty
 286   TH1D *fhStatUncEffcFD;          // Uncertainty on the feed-down correction due to the prompt efficiency statistical uncertainty
 287   TH1D *fhStatUncEffbFD;          // Uncertainty on the feed-down correction due to the feed-down efficiency statistical uncertainty
 288
 289   ClassDef(AliHFPtSpectrum,2) // Class for Heavy Flavor spectra corrections
 290 };
 291
 292 #endif