STEER/ESD/AliESDpid.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 /* $Id: AliESDpid.cxx 64123 2013-09-05 15:09:53Z morsch $ */
  17
  18 //-----------------------------------------------------------------
  19 //           Implementation of the combined PID class
  20 //           For the Event Summary Data Class
  21 //           produced by the reconstruction process
  22 //           and containing information on the particle identification
  23 //      Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
  24 //-----------------------------------------------------------------
  25
  26 #include "TArrayI.h"
  27 #include "TArrayF.h"
  28
  29 #include "TRandom.h"
  30 #include "AliLog.h"
  31 #include "AliPID.h"
  32 #include "AliTOFHeader.h"
  33 #include "AliESDpid.h"
  34 #include "AliESDEvent.h"
  35 #include "AliESDtrack.h"
  36 #include "AliMCEvent.h"
  37 #include "AliTOFPIDParams.h"
  38
  39 #include <AliDetectorPID.h>
  40
  41 ClassImp(AliESDpid)
  42
  43 Int_t AliESDpid::MakePID(AliESDEvent *event, Bool_t TPConly, Float_t /*timeZeroTOF*/) const {
  44   //
  45   //  Calculate probabilities for all detectors, except if TPConly==kTRUE
  46   //  and combine PID
  47   //
  48   //   Option TPConly==kTRUE is used during reconstruction,
  49   //  because ITS tracking uses TPC pid
  50   //  HMPID and TRD pid are done in detector reconstructors
  51   //
  52
  53   /*
  54   Float_t timeZeroTOF = 0;
  55   if (subtractT0)
  56     timeZeroTOF = event->GetT0();
  57   */
  58   Int_t nTrk=event->GetNumberOfTracks();
  59   for (Int_t iTrk=0; iTrk<nTrk; iTrk++) {
  60     AliESDtrack *track=event->GetTrack(iTrk);
  61     MakeTPCPID(track);
  62     if (!TPConly) {
  63       MakeITSPID(track);
  64       //MakeTOFPID(track, timeZeroTOF);
  65       //MakeHMPIDPID(track);
  66       //MakeTRDPID(track);
  67     }
  68     CombinePID(track);
  69   }
  70   return 0;
  71 }
  72 //_________________________________________________________________________
  73 Float_t AliESDpid::GetTPCsignalTunedOnData(const AliVTrack *t) const {
  74     AliESDtrack *track = (AliESDtrack *) t;
  75     Float_t dedx = track->GetTPCsignalTunedOnData();
  76
  77     if(dedx > 0) return dedx;
  78
  79     dedx = t->GetTPCsignal();
  80     track->SetTPCsignalTunedOnData(dedx);
  81     if(dedx < 20) return dedx;
  82
  83     AliPID::EParticleType type = AliPID::kPion;
  84
  85     AliMCEventHandler* eventHandler=dynamic_cast<AliMCEventHandler*>(fEventHandler);
  86     if (eventHandler) {
  87         AliMCEvent* mcEvent = eventHandler->MCEvent();
  88         if(mcEvent){
  89             Bool_t kGood = kTRUE;
  90             AliMCParticle *MCpart = (AliMCParticle *) mcEvent->GetTrack(TMath::Abs(t->GetLabel()));
  91             TParticle *part = MCpart->Particle();
  92
  93             Int_t iS = TMath::Abs(part->GetPdgCode());
  94
  95             if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kElectron)){
  96                 type = AliPID::kElectron;
  97             }
  98             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kMuon)){
  99                 type = AliPID::kMuon;
 100             }
 101             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kPion)){
 102                 type = AliPID::kPion;
 103             }
 104             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kKaon)){
 105                 type = AliPID::kKaon;
 106             }
 107             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kProton)){
 108                 type = AliPID::kProton;
 109             }
 110             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kDeuteron)){ // d
 111                 type = AliPID::kDeuteron;
 112             }
 113             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kTriton)){ // t
 114                 type = AliPID::kTriton;
 115             }
 116             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kHe3)){ // 3He
 117                 type = AliPID::kHe3;
 118             }
 119             else if(iS==AliPID::ParticleCode(AliPID::kAlpha)){ // 4He
 120                 type = AliPID::kAlpha;
 121             }
 122             else
 123                 kGood = kFALSE;
 124
 125             if(kGood){
 126         //TODO maybe introduce different dEdxSources?
 127         Double_t bethe = fTPCResponse.GetExpectedSignal(track, type, AliTPCPIDResponse::kdEdxDefault, this->UseTPCEtaCorrection(),
 128                                                         this->UseTPCMultiplicityCorrection());
 129         Double_t sigma = fTPCResponse.GetExpectedSigma(track, type, AliTPCPIDResponse::kdEdxDefault, this->UseTPCEtaCorrection(),
 130                                                        this->UseTPCMultiplicityCorrection());
 131                 dedx = gRandom->Gaus(bethe,sigma);
 132 //              if(iS == AliPID::ParticleCode(AliPID::kHe3) || iS == AliPID::ParticleCode(AliPID::kAlpha)) dedx *= 5;
 133             }
 134         }
 135     }
 136
 137     track->SetTPCsignalTunedOnData(dedx);
 138     return dedx;
 139 }
 140 //_________________________________________________________________________
 141 Float_t AliESDpid::GetTOFsignalTunedOnData(const AliVTrack *t) const {
 142     AliESDtrack *track = (AliESDtrack *) t;
 143     Double_t tofSignal = track->GetTOFsignalTunedOnData();
 144
 145     if(tofSignal <  99999) return (Float_t)tofSignal; // it has been already set
 146     // read additional mismatch fraction
 147     Float_t addmism = GetTOFPIDParams()->GetTOFadditionalMismForMC();
 148     if(addmism > 1.){
 149       Float_t centr = GetCurrentCentrality();
 150       if(centr > 50) addmism *= 0.1667;
 151       else if(centr > 20) addmism *= 0.33;
 152     }
 153
 154     tofSignal = t->GetTOFsignal() + fTOFResponse.GetTailRandomValue(t->Pt(),t->Eta(),t->GetTOFsignal(),addmism);
 155     track->SetTOFsignalTunedOnData(tofSignal);
 156     return (Float_t)tofSignal;
 157 }
 158 //_________________________________________________________________________
 159 void AliESDpid::MakeTPCPID(AliESDtrack *track) const
 160 {
 161   //
 162   //  TPC pid using bethe-bloch and gaussian response
 163   //
 164   if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kTPCin )==0)
 165     if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kTPCout)==0) return;
 166
 167     Double_t mom = track->GetP();
 168     const AliExternalTrackParam *in=track->GetInnerParam();
 169     if (in) mom = in->GetP();
 170
 171     Double_t p[AliPID::kSPECIES];
 172     Double_t dedx=track->GetTPCsignal();
 173     Bool_t mismatch=kTRUE, heavy=kTRUE;
 174
 175     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) {
 176       AliPID::EParticleType type=AliPID::EParticleType(j);
 177       Double_t bethe=fTPCResponse.GetExpectedSignal(mom,type);
 178       Double_t sigma=fTPCResponse.GetExpectedSigma(mom,track->GetTPCsignalN(),type);
 179       if (TMath::Abs(dedx-bethe) > fRange*sigma) {
 180         p[j]=TMath::Exp(-0.5*fRange*fRange)/sigma;
 181       } else {
 182         p[j]=TMath::Exp(-0.5*(dedx-bethe)*(dedx-bethe)/(sigma*sigma))/sigma;
 183         mismatch=kFALSE;
 184       }
 185
 186       // Check for particles heavier than (AliPID::kSPECIES - 1)
 187       if (dedx < (bethe + fRange*sigma)) heavy=kFALSE;
 188
 189     }
 190
 191     if (mismatch)
 192        for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]=1./AliPID::kSPECIES;
 193
 194     track->SetTPCpid(p);
 195
 196     if (heavy) track->ResetStatus(AliESDtrack::kTPCpid);
 197
 198 }
 199 //_________________________________________________________________________
 200 void AliESDpid::MakeITSPID(AliESDtrack *track) const
 201 {
 202   //
 203   // ITS PID
 204   // Two options, depending on fITSPIDmethod:
 205   //  1) Truncated mean method
 206   //  2) Likelihood, using charges measured in all 4 layers and
 207   //     Landau+gaus response functions
 208   //
 209
 210   if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kITSin)==0 &&
 211       (track->GetStatus()&AliESDtrack::kITSout)==0) return;
 212
 213   Double_t mom=track->GetP();
 214   if (fITSPIDmethod == kITSTruncMean) {
 215     Double_t dedx=track->GetITSsignal();
 216     Bool_t isSA=kTRUE;
 217     Double_t momITS=mom;
 218     ULong_t trStatus=track->GetStatus();
 219     if(trStatus&AliESDtrack::kTPCin) isSA=kFALSE;
 220     UChar_t clumap=track->GetITSClusterMap();
 221     Int_t nPointsForPid=0;
 222     for(Int_t i=2; i<6; i++){
 223       if(clumap&(1<<i)) ++nPointsForPid;
 224     }
 225
 226     if(nPointsForPid<3) { // track not to be used for combined PID purposes
 227       track->ResetStatus(AliESDtrack::kITSpid);
 228       return;
 229     }
 230
 231     Double_t p[AliPID::kSPECIES];
 232
 233     Bool_t mismatch=kTRUE, heavy=kTRUE;
 234     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) {
 235       Double_t mass=AliPID::ParticleMass(j);//GeV/c^2
 236       Double_t bethe=fITSResponse.Bethe(momITS,mass);
 237       Double_t sigma=fITSResponse.GetResolution(bethe,nPointsForPid,isSA);
 238       if (TMath::Abs(dedx-bethe) > fRange*sigma) {
 239         p[j]=TMath::Exp(-0.5*fRange*fRange)/sigma;
 240       } else {
 241         p[j]=TMath::Exp(-0.5*(dedx-bethe)*(dedx-bethe)/(sigma*sigma))/sigma;
 242         mismatch=kFALSE;
 243       }
 244
 245       // Check for particles heavier than (AliPID::kSPECIES - 1)
 246       if (dedx < (bethe + fRange*sigma)) heavy=kFALSE;
 247
 248     }
 249
 250     if (mismatch)
 251        for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]=1./AliPID::kSPECIES;
 252
 253     track->SetITSpid(p);
 254
 255     if (heavy) track->ResetStatus(AliESDtrack::kITSpid);
 256   }
 257   else {  // Likelihood method
 258     Double_t condprobfun[AliPID::kSPECIES];
 259     Double_t qclu[4];
 260     track->GetITSdEdxSamples(qclu);
 261     fITSResponse.GetITSProbabilities(mom,qclu,condprobfun);
 262     track->SetITSpid(condprobfun);
 263   }
 264
 265 }
 266 //_________________________________________________________________________
 267 void AliESDpid::MakeTOFPID(AliESDtrack *track, Float_t /*timeZeroTOF*/) const
 268 {
 269   //
 270   //   TOF PID using gaussian response
 271   //
 272
 273   if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kTOFout)==0) return;
 274   if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kTIME)==0) return;
 275   if ((track->GetStatus()&AliESDtrack::kITSin)==0) return;
 276
 277   Int_t ibin = fTOFResponse.GetMomBin(track->GetP());
 278   Float_t timezero = fTOFResponse.GetT0bin(ibin);
 279
 280   Double_t time[AliPID::kSPECIESC];
 281   track->GetIntegratedTimes(time);
 282
 283   Double_t sigma[AliPID::kSPECIES];
 284   for (Int_t iPart = 0; iPart < AliPID::kSPECIES; iPart++) {
 285     sigma[iPart] = fTOFResponse.GetExpectedSigma(track->GetP(),time[iPart],AliPID::ParticleMass(iPart));
 286   }
 287
 288   AliDebugGeneral("AliESDpid::MakeTOFPID",2,
 289            Form("Expected TOF signals [ps]: %f %f %f %f %f",
 290                   time[AliPID::kElectron],
 291                   time[AliPID::kMuon],
 292                   time[AliPID::kPion],
 293                   time[AliPID::kKaon],
 294                   time[AliPID::kProton]));
 295
 296   AliDebugGeneral("AliESDpid::MakeTOFPID",2,
 297            Form("Expected TOF std deviations [ps]: %f %f %f %f %f",
 298                   sigma[AliPID::kElectron],
 299                   sigma[AliPID::kMuon],
 300                   sigma[AliPID::kPion],
 301                   sigma[AliPID::kKaon],
 302                   sigma[AliPID::kProton]
 303                   ));
 304
 305   Double_t tof = track->GetTOFsignal() - timezero;
 306
 307   Double_t p[AliPID::kSPECIES];
 308 //   Bool_t mismatch = kTRUE;
 309   Bool_t heavy = kTRUE;
 310   for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) {
 311     Double_t sig = sigma[j];
 312     if (TMath::Abs(tof-time[j]) > (fRange+2)*sig) {
 313         p[j] = TMath::Exp(-0.5*(fRange+2)*(fRange+2))/sig;
 314     } else
 315       p[j] = TMath::Exp(-0.5*(tof-time[j])*(tof-time[j])/(sig*sig))/sig;
 316
 317     // Check the mismatching
 318
 319 //     Double_t mass = AliPID::ParticleMass(j);
 320 //     Double_t pm = fTOFResponse.GetMismatchProbability(track->GetP(),mass);
 321 //     if (p[j]>pm) mismatch = kFALSE;
 322
 323     // Check for particles heavier than (AliPID::kSPECIES - 1)
 324     if (tof < (time[j] + fRange*sig)) heavy=kFALSE;
 325
 326   }
 327
 328   /*
 329     if (mismatch)
 330     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]=1./AliPID::kSPECIES;
 331   */
 332
 333   track->SetTOFpid(p);
 334
 335   if (heavy) track->ResetStatus(AliESDtrack::kTOFpid);
 336
 337   // kTOFmismatch flas is not set because deprecated from 18/02/2013
 338   //  if (!CheckTOFMatching(track)) track->SetStatus(AliESDtrack::kTOFmismatch);
 339   //  else track->ResetStatus(AliESDtrack::kTOFmismatch);
 340 }
 341 //_________________________________________________________________________
 342 void AliESDpid::MakeTRDPID(AliESDtrack *track) const
 343 {
 344   //
 345   // Method to recalculate the TRD PID probabilities
 346   //
 347   Double_t prob[AliPID::kSPECIES];
 348   GetComputeTRDProbability(track, AliPID::kSPECIES, prob);
 349   track->SetTRDpid(prob);
 350 }
 351 //_________________________________________________________________________
 352 void AliESDpid::CombinePID(AliESDtrack *track) const
 353 {
 354   //
 355   // Combine the information of various detectors
 356   // to determine the Particle Identification
 357   //
 358   Double_t p[AliPID::kSPECIES]={1.};
 359
 360   if (track->IsOn(AliESDtrack::kITSpid)) {
 361     Double_t d[AliPID::kSPECIES];
 362     track->GetITSpid(d);
 363     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]*=d[j];
 364   }
 365
 366   if (track->IsOn(AliESDtrack::kTPCpid)) {
 367     Double_t d[AliPID::kSPECIES];
 368     track->GetTPCpid(d);
 369     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]*=d[j];
 370   }
 371
 372   if (track->IsOn(AliESDtrack::kTRDpid)) {
 373     Double_t d[AliPID::kSPECIES];
 374     track->GetTRDpid(d);
 375     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]*=d[j];
 376   }
 377
 378   if (track->IsOn(AliESDtrack::kTOFpid)) {
 379     Double_t d[AliPID::kSPECIES];
 380     track->GetTOFpid(d);
 381     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]*=d[j];
 382   }
 383
 384   if (track->IsOn(AliESDtrack::kHMPIDpid)) {
 385     Double_t d[AliPID::kSPECIES];
 386     track->GetHMPIDpid(d);
 387     for (Int_t j=0; j<AliPID::kSPECIES; j++) p[j]*=d[j];
 388   }
 389
 390   track->SetESDpid(p);
 391 }
 392 //_________________________________________________________________________
 393 Bool_t AliESDpid::CheckTOFMatching(AliESDtrack *track) const{
 394   //
 395   // Check pid matching of TOF with TPC as reference
 396   //
 397     Bool_t status = kFALSE;
 398
 399     Double_t exptimes[AliPID::kSPECIESC];
 400     track->GetIntegratedTimes(exptimes);
 401
 402     Float_t p = track->P();
 403
 404     Float_t dedx = track->GetTPCsignal();
 405     Float_t time = track->GetTOFsignal() - fTOFResponse.GetStartTime(p);
 406
 407     Double_t ptpc[3];
 408     track->GetInnerPxPyPz(ptpc);
 409     Float_t momtpc=TMath::Sqrt(ptpc[0]*ptpc[0] + ptpc[1]*ptpc[1] + ptpc[2]*ptpc[2]);
 410
 411     for(Int_t i=0;i < AliPID::kSPECIES;i++){
 412         AliPID::EParticleType type=AliPID::EParticleType(i);
 413
 414         Float_t resolutionTOF = fTOFResponse.GetExpectedSigma(p, exptimes[i], AliPID::ParticleMass(i));
 415         if(TMath::Abs(exptimes[i] - time) < fRange * resolutionTOF){
 416             Float_t dedxExp = fTPCResponse.GetExpectedSignal(momtpc,type);
 417             Float_t resolutionTPC = fTPCResponse.GetExpectedSigma(momtpc,track->GetTPCsignalN(),type);
 418
 419             if(TMath::Abs(dedx - dedxExp) < fRangeTOFMismatch * resolutionTPC){
 420                 status = kTRUE;
 421             }
 422         }
 423     }
 424
 425     // for nuclei
 426     Float_t resolutionTOFpr = fTOFResponse.GetExpectedSigma(p, exptimes[4], AliPID::ParticleMass(4));
 427     if(!status && (exptimes[4] + fRange*resolutionTOFpr < time)) status = kTRUE;
 428
 429
 430     return status;
 431 }
 432
 433 //_________________________________________________________________________
 434 Float_t AliESDpid::GetSignalDeltaTOFold(const AliVParticle *track, AliPID::EParticleType type, Bool_t ratio/*=kFALSE*/) const
 435 {
 436   //
 437   // TOF signal - expected
 438   //
 439   AliVTrack *vtrack=(AliVTrack*)track;
 440
 441   const Double_t expTime = fTOFResponse.GetExpectedSignal(vtrack,type);
 442   Double_t tofTime = 99999;
 443   if (fTuneMConData && ((fTuneMConDataMask & kDetTOF) == kDetTOF) ) tofTime = (Double_t)this->GetTOFsignalTunedOnData((AliVTrack*)vtrack);
 444   else tofTime=vtrack->GetTOFsignal();
 445   tofTime = tofTime  - fTOFResponse.GetStartTime(vtrack->P());
 446   Double_t delta=-9999.;
 447
 448   if (!ratio) delta=tofTime-expTime;
 449   else if (expTime>1.e-20) delta=tofTime/expTime;
 450
 451   return delta;
 452 }
 453
 454 //_________________________________________________________________________
 455 Float_t AliESDpid::GetNumberOfSigmasTOFold(const AliVParticle *track, AliPID::EParticleType type) const
 456 {
 457   //
 458   // Number of sigma implementation for the TOF
 459   //
 460
 461   AliVTrack *vtrack=(AliVTrack*)track;
 462   Double_t tofTime = 99999;
 463   if (fTuneMConData && ((fTuneMConDataMask & kDetTOF) == kDetTOF) ) tofTime = (Double_t)this->GetTOFsignalTunedOnData((AliVTrack*)vtrack);
 464   else tofTime=vtrack->GetTOFsignal();
 465
 466   Double_t expTime = fTOFResponse.GetExpectedSignal(vtrack,type);
 467   return (tofTime - fTOFResponse.GetStartTime(vtrack->P()) - expTime)/fTOFResponse.GetExpectedSigma(vtrack->P(),expTime,AliPID::ParticleMassZ(type));
 468 }
 469
 470 //_________________________________________________________________________
 471 void AliESDpid::SetPIDForTracking(AliESDtrack *esdtr) const
 472 {
 473   // assign mass for tracking
 474   //
 475
 476   // in principle AliPIDCombined could be used to also set priors
 477   //AliPIDCombined pidProb;
 478   //pidProb.SetDetectorMask(kDetTPC);              // use only TPC information, couls also be changed
 479   //pidProb.SetSelectedSpecies(AliPID::kSPECIESC); // number of species to use
 480   //pidProb.SetDefaultTPCPriors();                 // load default priors
 481
 482   Double_t prob[AliPID::kSPECIESC]={0.};
 483   EDetPidStatus pidStatus=ComputePIDProbability(kTPC, esdtr, AliPID::kSPECIESC, prob);
 484   // check if a valid signal was found, otherwise return pion mass
 485   if (pidStatus!=kDetPidOk) {
 486     esdtr->SetPIDForTracking(AliPID::kPion);
 487     return;
 488   }
 489
 490   // or with AliPIDCombined
 491   // pidProb.ComputeProbabilities(esdtr, this, p);
 492
 493   // find max probability
 494   Float_t max=0.;
 495   Int_t pid=-1;
 496   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIESC; ++i) if (prob[i]>max) {pid=i; max=prob[i];}
 497
 498   //int pid = AliPID::kPion; // this should be substituted by real most probable TPC pid (e,mu -> pion) or poin if no PID possible
 499
 500   //
 501   if (pid>AliPID::kSPECIESC-1) pid = AliPID::kPion;
 502   //
 503   esdtr->SetPIDForTracking( pid );
 504   //
 505 }
 506
 507
 508 //_________________________________________________________________________
 509 void AliESDpid::MakePIDForTracking(AliESDEvent *event) const
 510 {
 511   // assign masses using for tracking
 512   Int_t nTrk=event->GetNumberOfTracks();
 513   for (Int_t iTrk=nTrk; iTrk--;) {
 514     AliESDtrack *track = event->GetTrack(iTrk);
 515     SetPIDForTracking(track);
 516   }
 517
 518 }