TOF/AliTOFtrack.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 /* $Id$ */
  17
  18 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  19 //                                                                         //
  20 // AliTOFtrack class                                                       //
  21 //                                                                         //
  22 // Authors: Bologna-CERN-ITEP-Salerno Group                                //
  23 //                                                                         //
  24 // Description: class for handling ESD extracted tracks for TOF matching.  //
  25 //                                                                         //
  26 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  27
  28 #include "AliESDtrack.h"
  29 #include "AliLog.h"
  30
  31 #include "AliTOFGeometryV4.h"
  32 #include "AliTOFGeometry.h"
  33 #include "AliTOFtrack.h"
  34
  35 ClassImp(AliTOFtrack)
  36
  37 //_____________________________________________________________________________
  38 AliTOFtrack::AliTOFtrack(const AliTOFtrack& t) : AliKalmanTrack(t) {
  39   //
  40   // Copy constructor.
  41   //
  42
  43   SetSeedIndex(t.GetSeedIndex());
  44   SetLabel(t.GetLabel());
  45   fSeedLab=t.GetSeedLabel();
  46   SetChi2(t.GetChi2());
  47
  48   fAlpha=t.fAlpha;
  49   fX=t.fX;
  50
  51   fY=t.fY; fZ=t.fZ; fE=t.fE; fT=t.fT; fC=t.fC;
  52
  53   fCyy=t.fCyy;
  54   fCzy=t.fCzy;  fCzz=t.fCzz;
  55   fCey=t.fCey;  fCez=t.fCez;  fCee=t.fCee;
  56   fCty=t.fCty;  fCtz=t.fCtz;  fCte=t.fCte;  fCtt=t.fCtt;
  57   fCcy=t.fCcy;  fCcz=t.fCcz;  fCce=t.fCce;  fCct=t.fCct;  fCcc=t.fCcc;
  58
  59   fTOFgeometry = new AliTOFGeometryV4();
  60
  61 }
  62
  63 //_____________________________________________________________________________
  64 AliTOFtrack::AliTOFtrack(const AliESDtrack& t)
  65            :AliKalmanTrack() {
  66   //
  67   // Constructor from AliESDtrack
  68   //
  69
  70   fTOFgeometry = new AliTOFGeometryV4();
  71
  72   SetSeedIndex(-1);
  73   SetLabel(t.GetLabel());
  74   SetChi2(0.);
  75   SetMass(t.GetMass());
  76
  77   fAlpha = t.GetAlpha();
  78   if      (fAlpha < -TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
  79   else if (fAlpha >= TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();
  80   Double_t x, p[5]; t.GetExternalParameters(x,p);
  81
  82   fX=x;
  83
  84   fY=p[0];
  85   fZ=p[1]; SaveLocalConvConst();
  86   fT=p[3]; x=GetLocalConvConst();
  87   fC=p[4]/x;
  88   fE=fC*fX - p[2];
  89
  90   //Conversion of the covariance matrix
  91   Double_t c[15]; t.GetExternalCovariance(c);
  92
  93   c[10]/=x; c[11]/=x; c[12]/=x; c[13]/=x; c[14]/=x*x;
  94
  95   Double_t c22=fX*fX*c[14] - 2*fX*c[12] + c[5];
  96   Double_t c32=fX*c[13] - c[8];
  97   Double_t c20=fX*c[10] - c[3], c21=fX*c[11] - c[4], c42=fX*c[14] - c[12];
  98
  99   fCyy=c[0 ];
 100   fCzy=c[1 ];   fCzz=c[2 ];
 101   fCey=c20;     fCez=c21;     fCee=c22;
 102   fCty=c[6 ];   fCtz=c[7 ];   fCte=c32;   fCtt=c[9 ];
 103   fCcy=c[10];   fCcz=c[11];   fCce=c42;   fCct=c[13]; fCcc=c[14];
 104
 105   if ((t.GetStatus()&AliESDtrack::kTIME) == 0) return;
 106   StartTimeIntegral();
 107   Double_t times[10]; t.GetIntegratedTimes(times); SetIntegratedTimes(times);
 108   SetIntegratedLength(t.GetIntegratedLength());
 109
 110
 111 }
 112
 113 //____________________________________________________________________________
 114 AliTOFtrack& AliTOFtrack::operator=(const AliTOFtrack &source)
 115 {
 116   // ass. op.
 117
 118   this->fTOFgeometry=source.fTOFgeometry;
 119   return *this;
 120
 121 }
 122
 123 //____________________________________________________________________________
 124 void AliTOFtrack::GetExternalParameters(Double_t& xr, Double_t x[5]) const {
 125   //
 126   // This function returns external TOF track representation
 127   //
 128      xr=fX;
 129      x[0]=GetY();
 130      x[1]=GetZ();
 131      x[2]=GetSnp();
 132      x[3]=GetTgl();
 133      x[4]=Get1Pt();
 134 }
 135
 136 //_____________________________________________________________________________
 137 void AliTOFtrack::GetExternalCovariance(Double_t cc[15]) const {
 138   //
 139   // This function returns external representation of the covriance matrix.
 140   //
 141   Double_t a=GetLocalConvConst();
 142   Double_t c22=fX*fX*fCcc-2*fX*fCce+fCee;
 143   Double_t c32=fX*fCct-fCte;
 144   Double_t c20=fX*fCcy-fCey, c21=fX*fCcz-fCez, c42=fX*fCcc-fCce;
 145
 146   cc[0 ]=fCyy;
 147   cc[1 ]=fCzy;   cc[2 ]=fCzz;
 148   cc[3 ]=c20;    cc[4 ]=c21;    cc[5 ]=c22;
 149   cc[6 ]=fCty;   cc[7 ]=fCtz;   cc[8 ]=c32;   cc[9 ]=fCtt;
 150   cc[10]=fCcy*a; cc[11]=fCcz*a; cc[12]=c42*a; cc[13]=fCct*a; cc[14]=fCcc*a*a;
 151
 152 }
 153
 154
 155 //_____________________________________________________________________________
 156 void AliTOFtrack::GetCovariance(Double_t cc[15]) const {
 157   //
 158   // Returns the covariance matrix.
 159   //
 160
 161   cc[0]=fCyy;
 162   cc[1]=fCzy;  cc[2]=fCzz;
 163   cc[3]=fCey;  cc[4]=fCez;  cc[5]=fCee;
 164   cc[6]=fCcy;  cc[7]=fCcz;  cc[8]=fCce;  cc[9]=fCcc;
 165   cc[10]=fCty; cc[11]=fCtz; cc[12]=fCte; cc[13]=fCct; cc[14]=fCtt;
 166
 167 }
 168
 169
 170 //_____________________________________________________________________________
 171 Int_t AliTOFtrack::PropagateTo(Double_t xk,Double_t x0,Double_t rho)
 172 {
 173   // Propagates a track of particle with mass=pm to a reference plane
 174   // defined by x=xk through media of density=rho and radiationLength=x0
 175
 176   if (xk == fX) return 1;
 177
 178   if (TMath::Abs(fC*xk - fE) >= 0.90000) {
 179     return 0;
 180   }
 181   Double_t lcc=GetLocalConvConst();
 182
 183   // track Length measurement [SR, GSI, 17.02.2003]
 184
 185   Double_t oldX = fX, oldY = fY, oldZ = fZ;
 186
 187   Double_t x1=fX, x2=x1+(xk-x1), dx=x2-x1, y1=fY, z1=fZ;
 188   Double_t c1=fC*x1 - fE;
 189   if((c1*c1) > 1){
 190     return 0;}
 191   Double_t r1=sqrt(1.- c1*c1);
 192   Double_t c2=fC*x2 - fE;
 193   if((c2*c2) > 1) {
 194     return 0;
 195   }
 196   Double_t r2=sqrt(1.- c2*c2);
 197
 198   fY += dx*(c1+c2)/(r1+r2);
 199   fZ += dx*(c1+c2)/(c1*r2 + c2*r1)*fT;
 200
 201   //f = F - 1
 202   Double_t rr=r1+r2, cc=c1+c2, xx=x1+x2;
 203   Double_t f02=-dx*(2*rr + cc*(c1/r1 + c2/r2))/(rr*rr);
 204   Double_t f04= dx*(rr*xx + cc*(c1*x1/r1+c2*x2/r2))/(rr*rr);
 205   Double_t cr=c1*r2+c2*r1;
 206   Double_t f12=-dx*fT*(2*cr + cc*(c2*c1/r1-r1 + c1*c2/r2-r2))/(cr*cr);
 207   Double_t f13= dx*cc/cr;
 208   Double_t f14=dx*fT*(cr*xx-cc*(r1*x2-c2*c1*x1/r1+r2*x1-c1*c2*x2/r2))/(cr*cr);
 209
 210   //b = C*ft
 211   Double_t b00=f02*fCey + f04*fCcy, b01=f12*fCey + f14*fCcy + f13*fCty;
 212   Double_t b10=f02*fCez + f04*fCcz, b11=f12*fCez + f14*fCcz + f13*fCtz;
 213   Double_t b20=f02*fCee + f04*fCce, b21=f12*fCee + f14*fCce + f13*fCte;
 214   Double_t b30=f02*fCte + f04*fCct, b31=f12*fCte + f14*fCct + f13*fCtt;
 215   Double_t b40=f02*fCce + f04*fCcc, b41=f12*fCce + f14*fCcc + f13*fCct;
 216
 217   //a = f*b = f*C*ft
 218   Double_t a00=f02*b20+f04*b40,a01=f02*b21+f04*b41,a11=f12*b21+f14*b41+f13*b31;
 219
 220   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
 221   fCyy += a00 + 2*b00;
 222   fCzy += a01 + b01 + b10;
 223   fCey += b20;
 224   fCty += b30;
 225   fCcy += b40;
 226   fCzz += a11 + 2*b11;
 227   fCez += b21;
 228   fCtz += b31;
 229   fCcz += b41;
 230
 231   fX=x2;
 232
 233   //Change of the magnetic field *************
 234   SaveLocalConvConst();
 235   cc=fC;
 236   fC*=lcc/GetLocalConvConst();
 237   fE+=fX*(fC-cc);
 238
 239   //Multiple scattering  ******************
 240   Double_t d=sqrt((x1-fX)*(x1-fX)+(y1-fY)*(y1-fY)+(z1-fZ)*(z1-fZ));
 241   Double_t p2=(1.+ GetTgl()*GetTgl())/(Get1Pt()*Get1Pt());
 242   Double_t beta2=p2/(p2 + GetMass()*GetMass());
 243   Double_t theta2=14.1*14.1/(beta2*p2*1e6)*d/x0*rho;
 244
 245   Double_t ey=fC*fX - fE, ez=fT;
 246   Double_t xz=fC*ez, zz1=ez*ez+1, xy=fE+ey;
 247
 248   fCee += (2*ey*ez*ez*fE+1-ey*ey+ez*ez+fE*fE*ez*ez)*theta2;
 249   fCte += ez*zz1*xy*theta2;
 250   fCtt += zz1*zz1*theta2;
 251   fCce += xz*ez*xy*theta2;
 252   fCct += xz*zz1*theta2;
 253   fCcc += xz*xz*theta2;
 254   /*
 255   Double_t dc22 = (1-ey*ey+xz*xz*fX*fX)*theta2;
 256   Double_t dc32 = (xz*fX*zz1)*theta2;
 257   Double_t dc33 = (zz1*zz1)*theta2;
 258   Double_t dc42 = (xz*fX*xz)*theta2;
 259   Double_t dc43 = (zz1*xz)*theta2;
 260   Double_t dc44 = (xz*xz)*theta2;
 261   fCee += dc22;
 262   fCte += dc32;
 263   fCtt += dc33;
 264   fCce += dc42;
 265   fCct += dc43;
 266   fCcc += dc44;
 267   */
 268   //Energy losses************************
 269   if((5940*beta2/(1-beta2+1e-10) - beta2) < 0){return 0;}
 270
 271   Double_t dE=0.153e-3/beta2*(log(5940*beta2/(1-beta2+1e-10)) - beta2)*d*rho;
 272   //
 273   // suspicious part - think about it ?
 274   Double_t kinE =  TMath::Sqrt(p2);
 275   if (dE>0.8*kinE) dE = 0.8*kinE;  //
 276   if (dE<0)        dE = 0.0;       // not valid region for Bethe bloch
 277   //
 278   //
 279   if (x1 < x2) dE=-dE;
 280   cc=fC;
 281   fC*=(1.- sqrt(p2+GetMass()*GetMass())/p2*dE);
 282   fE+=fX*(fC-cc);
 283
 284   // track time measurement [SR, GSI 17.02.2002]
 285   if (x1 < x2)
 286   if (IsStartedTimeIntegral()) {
 287     Double_t l2 = (fX-oldX)*(fX-oldX) + (fY-oldY)*(fY-oldY) + (fZ-oldZ)*(fZ-oldZ);
 288     AddTimeStep(TMath::Sqrt(l2));
 289   }
 290
 291   return 1;
 292 }
 293
 294 //_____________________________________________________________________________
 295 Int_t AliTOFtrack::PropagateToInnerTOF( Bool_t holes)
 296 {
 297   // Propagates a track of particle with mass=pm to a reference plane
 298   // defined by x=xk through media of density=rho and radiationLength=x0
 299
 300
 301   Double_t ymax=fTOFgeometry->RinTOF()*TMath::Tan(0.5*AliTOFGeometry::GetAlpha());
 302   Bool_t skip = kFALSE;
 303   Double_t y=GetYat(fTOFgeometry->RinTOF(),skip);
 304   if(skip){
 305     return 0;
 306   }
 307   if (y > ymax) {
 308     if (!Rotate(AliTOFGeometry::GetAlpha())) {
 309       return 0;
 310     }
 311   } else if (y <-ymax) {
 312     if (!Rotate(-AliTOFGeometry::GetAlpha())) {
 313       return 0;
 314     }
 315   }
 316
 317
 318   Double_t x = GetX();
 319   Int_t nsteps=Int_t((370.-x)/0.5); // 0.5 cm Steps
 320   for (Int_t istep=0;istep<nsteps;istep++){
 321     Float_t xp = x+istep*0.5;
 322     Double_t param[2];
 323     GetPropagationParameters(holes,param);
 324     PropagateTo(xp,param[0],param[1]);
 325
 326   }
 327
 328   if(!PropagateTo(fTOFgeometry->RinTOF()))return 0;
 329
 330   return 1;
 331
 332 }
 333
 334 //_____________________________________________________________________________
 335 Int_t AliTOFtrack::Rotate(Double_t alpha)
 336 {
 337   // Rotates track parameters in R*phi plane
 338
 339
 340   fAlpha += alpha;
 341   if (fAlpha<-TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
 342   if (fAlpha>=TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();
 343
 344   Double_t x1=fX, y1=fY;
 345   Double_t ca=cos(alpha), sa=sin(alpha);
 346   Double_t r1=fC*fX - fE;
 347
 348   fX = x1*ca + y1*sa;
 349   fY =-x1*sa + y1*ca;
 350   if((r1*r1) > 1) return 0;
 351   fE=fE*ca + (fC*y1 + sqrt(1.- r1*r1))*sa;
 352
 353   Double_t r2=fC*fX - fE;
 354   if (TMath::Abs(r2) >= 0.90000) {
 355     AliWarning("Rotation failed !");
 356     return 0;
 357   }
 358
 359   if((r2*r2) > 1) return 0;
 360   Double_t y0=fY + sqrt(1.- r2*r2)/fC;
 361   if ((fY-y0)*fC >= 0.) {
 362     AliWarning("Rotation failed !!!");
 363     return 0;
 364   }
 365
 366   //f = F - 1
 367   Double_t f00=ca-1,    f24=(y1 - r1*x1/sqrt(1.- r1*r1))*sa,
 368            f20=fC*sa,  f22=(ca + sa*r1/sqrt(1.- r1*r1))-1;
 369
 370   //b = C*ft
 371   Double_t b00=fCyy*f00, b02=fCyy*f20+fCcy*f24+fCey*f22;
 372   Double_t b10=fCzy*f00, b12=fCzy*f20+fCcz*f24+fCez*f22;
 373   Double_t b20=fCey*f00, b22=fCey*f20+fCce*f24+fCee*f22;
 374   Double_t b30=fCty*f00, b32=fCty*f20+fCct*f24+fCte*f22;
 375   Double_t b40=fCcy*f00, b42=fCcy*f20+fCcc*f24+fCce*f22;
 376
 377   //a = f*b = f*C*ft
 378   Double_t a00=f00*b00, a02=f00*b02, a22=f20*b02+f24*b42+f22*b22;
 379
 380   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
 381   fCyy += a00 + 2*b00;
 382   fCzy += b10;
 383   fCey += a02+b20+b02;
 384   fCty += b30;
 385   fCcy += b40;
 386   fCez += b12;
 387   fCte += b32;
 388   fCee += a22 + 2*b22;
 389   fCce += b42;
 390
 391   return 1;
 392 }
 393
 394 //_________________________________________________________________________
 395 Double_t AliTOFtrack::GetYat(Double_t xk, Bool_t & skip) const {
 396 //-----------------------------------------------------------------
 397 // This function calculates the Y-coordinate of a track at the plane x=xk.
 398 // Needed for matching with the TOF (I.Belikov)
 399 //-----------------------------------------------------------------
 400      skip=kFALSE;
 401      Double_t c1=fC*fX - fE, r1=TMath::Sqrt(TMath::Abs(1.- c1*c1));
 402      Double_t c2=fC*xk - fE, r2=TMath::Sqrt(TMath::Abs(1.- c2*c2));
 403       if( ((1.- c2*c2)<0) || ((1.- c1*c1)<0) ) skip=kTRUE;
 404       return fY + (xk-fX)*(c1+c2)/(r1+r2);
 405 }
 406 //_________________________________________________________________________
 407 void AliTOFtrack::GetPxPyPz(Double_t& px, Double_t& py, Double_t& pz) const
 408 {
 409   // Returns reconstructed track momentum in the global system.
 410
 411   Double_t pt=TMath::Abs(GetPt()); // GeV/c
 412   Double_t r=fC*fX-fE;
 413
 414   Double_t y0;
 415   if(r > 1) { py = pt; px = 0; }
 416   else if(r < -1) { py = -pt; px = 0; }
 417   else {
 418     y0=fY + sqrt(1.- r*r)/fC;
 419     px=-pt*(fY-y0)*fC;    //cos(phi);
 420     py=-pt*(fE-fX*fC);    //sin(phi);
 421   }
 422   pz=pt*fT;
 423   Double_t tmp=px*TMath::Cos(fAlpha) - py*TMath::Sin(fAlpha);
 424   py=px*TMath::Sin(fAlpha) + py*TMath::Cos(fAlpha);
 425   px=tmp;
 426
 427 }
 428
 429 //_________________________________________________________________________
 430 void AliTOFtrack::GetGlobalXYZ(Double_t& x, Double_t& y, Double_t& z) const
 431 {
 432   // Returns reconstructed track coordinates in the global system.
 433
 434   x = fX; y = fY; z = fZ;
 435   Double_t tmp=x*TMath::Cos(fAlpha) - y*TMath::Sin(fAlpha);
 436   y=x*TMath::Sin(fAlpha) + y*TMath::Cos(fAlpha);
 437   x=tmp;
 438
 439 }
 440
 441 //_________________________________________________________________________
 442 void AliTOFtrack::ResetCovariance() {
 443   //
 444   // Resets covariance matrix
 445   //
 446
 447   fCyy*=10.;
 448   fCzy=0.;  fCzz*=10.;
 449   fCey=0.;  fCez=0.;  fCee*=10.;
 450   fCty=0.;  fCtz=0.;  fCte=0.;  fCtt*=10.;
 451   fCcy=0.;  fCcz=0.;  fCce=0.;  fCct=0.;  fCcc*=10.;
 452 }
 453
 454
 455 //_________________________________________________________________________
 456 void AliTOFtrack::ResetCovariance(Float_t mult) {
 457   //
 458   // Resets covariance matrix
 459   //
 460
 461   fCyy*=mult;
 462   fCzy*=0.;  fCzz*=mult;
 463   fCey*=0.;  fCez*=0.;  fCee*=mult;
 464   fCty*=0.;  fCtz*=0.;  fCte*=0.;  fCtt*=mult;
 465   fCcy*=0.;  fCcz*=0.;  fCce*=0.;  fCct*=0.;  fCcc*=mult;
 466 }
 467
 468 //_____________________________________________________________________________
 469 Int_t AliTOFtrack::Compare(const TObject *o) const {
 470   //-----------------------------------------------------------------
 471   // This function compares tracks according to the their curvature
 472   //-----------------------------------------------------------------
 473   AliTOFtrack *t=(AliTOFtrack*)o;
 474   Double_t co=t->GetSigmaY2()*t->GetSigmaZ2();
 475   Double_t c =GetSigmaY2()*GetSigmaZ2();
 476   if (c>co) return 1;
 477   else if (c<co) return -1;
 478   return 0;
 479 }
 480
 481 //_____________________________________________________________________________
 482 void AliTOFtrack::GetPropagationParameters(Bool_t holes, Double_t *param) {
 483
 484  //Get average medium density, x0 while propagating the track
 485
 486   //For TRD holes description
 487
 488   Double_t thetamin = (90.-31.1) * TMath::Pi()/180.;
 489   Double_t thetamax = (90.+31.1) * TMath::Pi()/180.;
 490
 491   Double_t zmin = -55.;
 492   Double_t zmax =  55.;
 493
 494   // Detector inner/outer radii
 495   Double_t rTPC    = 261.53;
 496   Double_t rTPCTRD = 294.5;
 497   Double_t rTRD    = 369.1;
 498
 499   // Medium parameters
 500   Double_t x0TPC = 40.;
 501   Double_t rhoTPC =0.06124;
 502
 503   Double_t x0Air = 36.66;
 504   Double_t rhoAir =1.2931e-3;
 505
 506   Double_t x0TRD = 171.7;
 507   Double_t rhoTRD =0.33;
 508
 509   Int_t isec = GetSector();
 510   Double_t xtr,ytr,ztr;
 511   GetGlobalXYZ(xtr,ytr,ztr);
 512   Float_t thetatr = TMath::ATan2(TMath::Sqrt(xtr*xtr+ytr*ytr),ztr);
 513
 514   if(holes){
 515     if (isec == 0 || isec == 1 || isec == 2 ) {
 516       if( thetatr>=thetamin && thetatr<=thetamax){
 517         x0TRD= x0Air;
 518         rhoTRD = rhoAir;
 519       }
 520     }
 521     if (isec == 11 || isec == 12 || isec == 13 || isec == 14 || isec == 15 ) {
 522       if( ztr>=zmin && ztr<=zmax){
 523         x0TRD= x0Air;
 524         rhoTRD = rhoAir;
 525       }
 526     }
 527   }
 528
 529   if(GetX() <= rTPC)
 530     {param[0]=x0TPC;param[1]=rhoTPC;}
 531   else if(GetX() > rTPC &&  GetX() < rTPCTRD)
 532     {param[0]=x0Air;param[1]=rhoAir;}
 533   else if(GetX() >= rTPCTRD &&  GetX() < rTRD)
 534     {param[0]=x0TRD;param[1]=rhoTRD;}
 535   else if(GetX() >= rTRD )
 536     {param[0]=x0Air;param[1]=rhoAir;}
 537 }