New package for heavy flavour electrons analysis (M.Fasel)
[u/mrichter/AliRoot.git] / PWG3 / hfe / AliHFEpidTPC.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  *                                                                      *
17  * Class for TPC PID                                                    *
18  * Implements the abstract base class AliHFEpidBase                     *
19  *                                                                      *
20  * Class contains TPC specific cuts and QA histograms                   *
21  * Two selection strategies are offered: Selection of certain value     *
22  * regions in the TPC dE/dx (by IsSelected), and likelihoods            *
23  *                                                                      *
24  * Authors:                                                             *
25  *                                                                      *
26  *   Markus Fasel <M.Fasel@gsi.de>                                      *
27  *   Markus Heide <mheide@uni-muenster.de>                              *
28  *                                                                      *
29  *                                                                      *
30  ************************************************************************/
31 #include <TH2I.h>
32 #include <TList.h>
33 #include <TMath.h>
34
35 #include "AliESDtrack.h"
36 #include "AliExternalTrackParam.h"
37 #include "AliLog.h"
38 #include "AliPID.h"
39 #include "AliTPCpidESD.h"
40 #include "AliVParticle.h"
41
42 #include "AliHFEpidTPC.h"
43
44
45
46 //___________________________________________________________________
47 AliHFEpidTPC::AliHFEpidTPC(const char* name) :
48   // add a list here
49     AliHFEpidBase(name)
50   , fLineCrossingsEnabled(0)
51   , fNsigmaTPC(2)
52   , fPID(0x0)
53   , fPIDtpcESD(0x0)
54   , fQAList(0x0)
55 {
56   //
57   // default  constructor
58   // 
59   memset(fLineCrossingCenter, 0, sizeof(Double_t) * AliPID::kSPECIES);
60   memset(fLineCrossingSigma, 0, sizeof(Double_t) * AliPID::kSPECIES);
61   fPID = new AliPID;
62   fPIDtpcESD = new AliTPCpidESD;
63 }
64
65 //___________________________________________________________________
66 AliHFEpidTPC::AliHFEpidTPC(const AliHFEpidTPC &ref) :
67     AliHFEpidBase("")
68   , fLineCrossingsEnabled(0)
69   , fNsigmaTPC(2)
70   , fPID(0x0)
71   , fPIDtpcESD(0x0)
72   , fQAList(0x0)
73 {
74   //
75   // Copy constructor
76   //
77   ref.Copy(*this);
78 }
79
80 //___________________________________________________________________
81 AliHFEpidTPC &AliHFEpidTPC::operator=(const AliHFEpidTPC &ref){
82   //
83   // Assignment operator
84   //
85   if(this != &ref){
86     ref.Copy(*this);
87   } 
88   return *this;
89 }
90
91 void AliHFEpidTPC::Copy(TObject &o) const{
92   //
93   // Copy function 
94   // called in copy constructor and assigment operator
95   //
96   AliHFEpidTPC &target = dynamic_cast<AliHFEpidTPC &>(o);
97
98   target.fLineCrossingsEnabled = fLineCrossingsEnabled;
99   target.fNsigmaTPC = fNsigmaTPC;
100   target.fPID = new AliPID(*fPID);
101   target.fPIDtpcESD = new AliTPCpidESD(*fPIDtpcESD);
102   target.fQAList = dynamic_cast<TList *>(fQAList->Clone());
103
104   AliHFEpidBase::Copy(target);
105 }
106
107 //___________________________________________________________________
108 AliHFEpidTPC::~AliHFEpidTPC(){
109   //
110   // Destructor
111   //
112   if(fPID) delete fPID;
113   if(fPIDtpcESD) delete fPIDtpcESD;
114   if(fQAList){
115     fQAList->Delete();
116     delete fQAList;
117   }
118 }
119
120 //___________________________________________________________________
121 Bool_t AliHFEpidTPC::InitializePID(){
122   //
123   // Add TPC dE/dx Line crossings
124   //
125   AddTPCdEdxLineCrossing(AliPID::kKaon, 0.3, 0.018);
126   AddTPCdEdxLineCrossing(AliPID::kProton, 0.9, 0.054);
127   return kTRUE;
128 }
129
130 //___________________________________________________________________
131 Int_t AliHFEpidTPC::IsSelected(AliVParticle *track)
132 {
133   //
134   // For the TPC pid we use the 2-sigma band around the bethe bloch curve
135   // for electrons
136   // exclusion of the crossing points
137   //
138   AliESDtrack *esdTrack = 0x0;
139   if(!(esdTrack = dynamic_cast<AliESDtrack *>(track))) return kFALSE;
140   if(IsQAon()) FillTPChistograms(esdTrack);
141   Double_t TPCsignal = esdTrack->GetTPCsignal();
142   // exclude crossing points:
143   // Determine the bethe values for each particle species
144   Double_t p = esdTrack->GetInnerParam()->P();
145   Bool_t isLineCrossing = kFALSE;
146   for(Int_t ispecies = 0; ispecies < AliPID::kSPECIES; ispecies++){
147     if(!(fLineCrossingsEnabled & 1 << ispecies)) continue;
148     if(TMath::Abs(p - fLineCrossingCenter[ispecies]) < fLineCrossingSigma[ispecies]){
149       // Point in a line crossing region, no PID possible
150       isLineCrossing = kTRUE;
151       break;
152     }
153   }
154   if(isLineCrossing) return 0;
155   // Check whether distance from the electron line is smaller than n-sigma
156   Double_t beta = p/fPID->ParticleMass(AliPID::kElectron);
157   if(TMath::Abs(TPCsignal - 50*fPIDtpcESD->Bethe(beta)) < GetTPCsigma(p,0)) return 11;
158   return 0;
159 }
160
161 //___________________________________________________________________
162 void AliHFEpidTPC::AddTPCdEdxLineCrossing(Int_t species, Double_t p, Double_t sigma_p){
163   //
164   // Add exclusion point for the TPC PID where a dEdx line crosses the electron line
165   // Stores line center and line sigma
166   //
167   if(species >= AliPID::kSPECIES){
168     AliError("Species doesn't exist");
169     return;
170   }
171   fLineCrossingsEnabled |= 1 << species;
172   fLineCrossingCenter[species] = p;
173   fLineCrossingSigma[species] = sigma_p;
174 }
175
176 //___________________________________________________________________
177 Double_t AliHFEpidTPC::GetTPCsigma(Double_t p, Int_t species){
178   //
179   // return the TPC sigma, momentum dependent
180   //
181   if(p < 0.1 || p > 20.) return 0.;
182   Double_t beta = p/fPID->ParticleMass(species);
183  
184   
185   return 50*fPIDtpcESD->Bethe(beta) * 0.06;
186 }
187
188 //___________________________________________________________________
189 Double_t AliHFEpidTPC::Likelihood(const AliESDtrack *track, Int_t species, Float_t rsig)
190 {
191   //gives probability for track to come from a certain particle species;
192   //no priors considered -> probabilities for equal abundances of all species!
193   //optional restriction to r-sigma bands of different particle species; default: rsig = 2. (see below)
194
195   //IMPORTANT: Tracks which are judged to be outliers get negative likelihoods -> unusable for combination with further detectors!
196   
197   if(!track) return -1.;
198   Int_t hypo; //marks particle hypotheses for 2-sigma bands
199   Double_t beta;//well o.k., it corresponds to gamma * beta
200   Double_t p = track->GetInnerParam()->P();
201   Double_t TPCsignal = track->GetTPCsignal();
202   Bool_t outlier = kTRUE;
203   // Check whether distance from the respective particle line is smaller than r sigma
204   for(hypo = 0; hypo < 5; hypo++)
205     {
206       beta = p/fPID->ParticleMass(hypo);
207       if(TMath::Abs(TPCsignal - (GetTPCsigma(p, hypo))/0.06) > (rsig * GetTPCsigma(p,hypo)))
208         outlier = kTRUE;
209       else 
210         {
211           outlier = kFALSE;
212           break;
213         }
214     }
215   if(outlier)
216     return -2.;
217
218   Double_t TPCprob[5];
219
220   track->GetTPCpid(TPCprob);
221
222   return TPCprob[species];
223 }
224 //___________________________________________________________________
225 Double_t AliHFEpidTPC::Likelihood(const AliESDtrack *track, Int_t species)
226 {
227   //default: rsig = 2.
228   // for everything else, see above!
229
230   if(!track) return -1.;
231   Int_t hypo; //marks particle hypotheses for 2-sigma bands
232   Double_t beta;
233   Double_t p = track->GetInnerParam()->P();
234   Double_t TPCsignal = track->GetTPCsignal();
235   Bool_t outlier = kTRUE;
236   // Check whether distance from the respective particle line is smaller than 2 sigma
237   for(hypo = 0; hypo < 5; hypo++)
238     {
239       beta = p/fPID->ParticleMass(hypo);
240      
241       if(TMath::Abs(TPCsignal - (GetTPCsigma(p, hypo))/0.06) > (2. * GetTPCsigma(p,hypo)))
242         outlier = kTRUE;
243       else 
244         {
245           outlier = kFALSE;
246           break;
247         }
248     }
249   if(outlier == kTRUE)
250     return -2.;
251
252   Double_t TPCprob[5];
253
254   track->GetTPCpid(TPCprob);
255
256   return TPCprob[species];
257 }
258 //___________________________________________________________________
259 Double_t  AliHFEpidTPC::Suppression(const AliESDtrack *track, Int_t species)
260 {
261   //ratio of likelihoods to be whatever species/to be an electron;
262   //as a cross-check for possible particle type suppression compared to electrons
263   if(!track) return -20;
264   if((Likelihood(track,species) == -2.)||(Likelihood(track,0)== -2.))
265     return -30;
266   if(Likelihood(track,species) == 0.)
267     return -10;
268   if (Likelihood(track,0) == 0.)
269     return 10.;
270   else
271     return TMath::Log10(Likelihood(track,species)/(Likelihood(track,0)));
272
273
274 }
275 //___________________________________________________________________
276 void AliHFEpidTPC::FillTPChistograms(const AliESDtrack *track){
277   //
278   if(!track)
279     return;
280  
281   Double_t tpc_signal = track->GetTPCsignal();
282   Double_t p = track->GetInnerParam() ? track->GetInnerParam()->P() : track->P();
283   if(HasMCData()){
284     switch(TMath::Abs(GetPdgCode(const_cast<AliESDtrack *>(track)))){
285       case 11:   (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCelectron)))->Fill(p, tpc_signal);
286         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobEl)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
287         //histograms with ratio of likelihood to be electron/to be other species (a check for quality of likelihood PID);
288         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCenhanceElPi)))->Fill(p, -Suppression(track, 2));
289         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCenhanceElMu)))->Fill(p, -Suppression(track, 1));
290         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCenhanceElKa)))->Fill(p, -Suppression(track, 3));
291         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCenhanceElPro)))->Fill(p, -Suppression(track, 4));
292         //___________________________________________________________________________________________
293         //Likelihoods for electrons to be other particle species
294         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCElprobPi)))->Fill(p, Likelihood(track, 2));
295         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCElprobMu)))->Fill(p, Likelihood(track, 1));
296         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCElprobKa)))->Fill(p, Likelihood(track, 3));
297         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCElprobPro)))->Fill(p, Likelihood(track, 4));
298         break;
299         //___________________________________________________________________________________________
300     case 13: (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCmuon)))->Fill(p, tpc_signal);
301       //Likelihood of muon to be an electron
302       (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobMu)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
303       //ratio of likelihood for muon to be a muon/an electron -> indicator for quality of muon suppression
304       //below functions are the same for other species
305         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCsuppressMu)))->Fill(p, Suppression(track, 1));
306       break;
307       case 211:  (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCpion)))->Fill(p, tpc_signal);
308         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobPi)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
309         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCsuppressPi)))->Fill(p, Suppression(track, 2));
310           break;
311       case 321:  (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCkaon)))->Fill(p, tpc_signal);
312         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobKa)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
313         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCsuppressKa)))->Fill(p, Suppression(track, 3));
314           break;
315       case 2212: (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCproton)))->Fill(p, tpc_signal);
316         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobPro)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
317         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCsuppressPro)))->Fill(p, Suppression(track, 4));
318           break;
319       default: (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCothers)))->Fill(p, tpc_signal);
320         (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobOth)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
321
322         break;
323     }
324   }
325   //TPC signal and Likelihood to be electron for all tracks (independent of MC information)
326   (dynamic_cast<TH2I *>(fQAList->At(kHistTPCall)))->Fill(p, tpc_signal);
327  (dynamic_cast<TH2F *>(fQAList->At(kHistTPCprobAll)))->Fill(p, Likelihood(track, 0));
328  
329
330   
331 }
332
333 //___________________________________________________________________
334 void AliHFEpidTPC::AddQAhistograms(TList *qaList){
335   fQAList = new TList;
336   fQAList->SetName("fTPCqaHistos");
337
338   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCelectron","TPC signal for Electrons", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCelectron); 
339   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCmuon","TPC signal for Muons", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCmuon);
340   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCpion","TPC signal for Pions", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCpion);
341   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCkaon","TPC signal for Kaons", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCkaon);
342   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCproton","TPC signal for Protons", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCproton);
343   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCothers","TPC signal for other species", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCothers);
344   fQAList->AddAt(new TH2I("fHistTPCall","TPC signal for all species", 200, 0, 20, 60, 0, 600), kHistTPCall);
345
346   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobEl","TPC likelihood for electrons to be an electron vs. p", 200, 0.,20.,200,0.,1.), kHistTPCprobEl);
347   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobPi","TPC likelihood for pions to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobPi);
348   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobMu","TPC likelihood for muons to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobMu);
349   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobKa","TPC likelihood for kaons to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobKa);
350   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobPro","TPC likelihood for protons to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobPro);
351   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobOth","TPC likelihood for other particles to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobOth);
352   fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCprobAll","TPC likelihood for all particles to be an electron vs. p",  200, 0.,20.,200, 0.,1.), kHistTPCprobAll);
353
354
355  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCsuppressPi","log10 of TPC Likelihood(pion)/Likelihood(elec) for pions vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressPi);
356  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCsuppressMu","log10 of TPC Likelihood(muon)/Likelihood(elec) for muons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressMu);
357  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCsuppressKa","log10 of TPC Likelihood(kaon)/Likelihood(elec) for kaons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressKa);
358  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCsuppressPro","log10 of TPC Likelihood(proton)/Likelihood(elec)for protons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressPro);
359
360  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCenhanceElPi","log10 of TPC Likelihood(elec)/Likelihood(pion) for electrons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressPi);
361  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCenhanceElMu","log10 of TPC Likelihood(elec)/Likelihood(muon) for electrons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressMu);
362  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCenhanceElKa","log10 of TPC Likelihood(elec)/Likelihood(kaon) for electrons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressKa);
363  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCenhanceElPro","log10 of TPC Likelihood(elec)/Likelihood(proton) for electrons vs. p", 200, 0.,20.,200,-1.,5.8), kHistTPCsuppressPro);
364
365  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCElprobPi","TPC likelihood for electrons to be a pion vs. p", 200, 0.,20.,200,0.,1.), kHistTPCElprobPi);
366  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCElprobMu","TPC likelihood for electrons to be a muon vs. p", 200, 0.,20.,200,0.,1.), kHistTPCElprobMu);
367  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCElprobKa","TPC likelihood for electrons to be a kaon vs. p", 200, 0.,20.,200,0.,1.), kHistTPCElprobKa);
368  fQAList->AddAt(new TH2F("fHistTPCElprobPro","TPC likelihood for electrons to be a proton vs. p", 200, 0.,20.,200,0.,1.), kHistTPCElprobPro);
369
370
371   qaList->AddLast(fQAList);
372 }