A new function for calculating the mean crossed material (A.Dainese, A.Gheata)
[u/mrichter/AliRoot.git] / STEER / AliKalmanTrack.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 //                Implementation of the AliKalmanTrack class
20 //   that is the base for AliTPCtrack, AliITStrackV2 and AliTRDtrack
21 //        Origin: Iouri Belikov, CERN, Jouri.Belikov@cern.ch
22 //-------------------------------------------------------------------------
23 #include <TGeoManager.h>
24
25 #include "AliKalmanTrack.h"
26
27 ClassImp(AliKalmanTrack)
28
29 //_______________________________________________________________________
30   AliKalmanTrack::AliKalmanTrack():AliExternalTrackParam(),
31   fLab(-3141593),
32   fFakeRatio(0),
33   fChi2(0),
34   fMass(AliPID::ParticleMass(AliPID::kPion)),
35   fN(0),
36   fStartTimeIntegral(kFALSE),
37   fIntegratedLength(0)
38 {
39   //
40   // Default constructor
41   //
42
43   for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;
44 }
45
46 //_______________________________________________________________________
47 AliKalmanTrack::AliKalmanTrack(const AliKalmanTrack &t):
48   AliExternalTrackParam(t),
49   fLab(t.fLab),
50   fFakeRatio(t.fFakeRatio),
51   fChi2(t.fChi2),
52   fMass(t.fMass),
53   fN(t.fN),
54   fStartTimeIntegral(t.fStartTimeIntegral),
55   fIntegratedLength(t.fIntegratedLength)
56 {
57   //
58   // Copy constructor
59   //
60   
61   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
62       fIntegratedTime[i] = t.fIntegratedTime[i];
63 }
64
65 //_______________________________________________________________________
66 void AliKalmanTrack::StartTimeIntegral() 
67 {
68   // Sylwester Radomski, GSI
69   // S.Radomski@gsi.de
70   //
71   // Start time integration
72   // To be called at Vertex by ITS tracker
73   //
74   
75   //if (fStartTimeIntegral) 
76   //  AliWarning("Reseting Recorded Time.");
77
78   fStartTimeIntegral = kTRUE;
79   for(Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i] = 0;  
80   fIntegratedLength = 0;
81 }
82
83 //_______________________________________________________________________
84 void AliKalmanTrack:: AddTimeStep(Double_t length) 
85 {
86   // 
87   // Add step to integrated time
88   // this method should be called by a sublasses at the end
89   // of the PropagateTo function or by a tracker
90   // each time step is made.
91   //
92   // If integration not started function does nothing
93   //
94   // Formula
95   // dt = dl * sqrt(p^2 + m^2) / p
96   // p = pT * (1 + tg^2 (lambda) )
97   //
98   // pt = 1/external parameter [4]
99   // tg lambda = external parameter [3]
100   //
101   //
102   // Sylwester Radomski, GSI
103   // S.Radomski@gsi.de
104   // 
105   
106   static const Double_t kcc = 2.99792458e-2;
107
108   if (!fStartTimeIntegral) return;
109   
110   fIntegratedLength += length;
111
112   Double_t xr, param[5];
113   Double_t pt, tgl;
114   
115   GetExternalParameters(xr, param);
116   pt =  1/param[4] ;
117   tgl = param[3];
118
119   Double_t p = TMath::Abs(pt * TMath::Sqrt(1+tgl*tgl));
120
121   if (length > 100) return;
122
123   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) {
124     
125     Double_t mass = AliPID::ParticleMass(i);
126     Double_t correction = TMath::Sqrt( pt*pt * (1 + tgl*tgl) + mass * mass ) / p;
127     Double_t time = length * correction / kcc;
128
129     fIntegratedTime[i] += time;
130   }
131 }
132
133 //_______________________________________________________________________
134 Double_t AliKalmanTrack::GetIntegratedTime(Int_t pdg) const 
135 {
136   // Sylwester Radomski, GSI
137   // S.Radomski@gsi.de
138   //
139   // Return integrated time hypothesis for a given particle
140   // type assumption.
141   //
142   // Input parameter:
143   // pdg - Pdg code of a particle type
144   //
145
146
147   if (!fStartTimeIntegral) {
148     AliWarning("Time integration not started");
149     return 0.;
150   }
151
152   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++)
153     if (AliPID::ParticleCode(i) == TMath::Abs(pdg)) return fIntegratedTime[i];
154
155   AliWarning(Form("Particle type [%d] not found", pdg));
156   return 0;
157 }
158
159 void AliKalmanTrack::GetIntegratedTimes(Double_t *times) const {
160   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) times[i]=fIntegratedTime[i];
161 }
162
163 void AliKalmanTrack::SetIntegratedTimes(const Double_t *times) {
164   for (Int_t i=0; i<AliPID::kSPECIES; i++) fIntegratedTime[i]=times[i];
165 }
166
167 Double_t AliKalmanTrack::
168 MeanMaterialBudgetNew(Double_t *start, Double_t *end, Double_t *mparam) {
169   // 
170   // Calculate mean material budget and material properties between 
171   //    the points "start" and "end".
172   //
173   // "mparam" - parameters used for the energy and multiple scattering
174   //  corrections: 
175   //
176   // mparam[0] - mean density: sum(x_i*rho_i)/sum(x_i) [g/cm3]
177   // mparam[1] - equivalent rad length fraction: sum(x_i/X0_i) [adimensional]
178   // mparam[2] - mean A: sum(x_i*A_i)/sum(x_i) [adimensional]
179   // mparam[3] - mean Z: sum(x_i*Z_i)/sum(x_i) [adimensional]
180   // mparam[4] - length: sum(x_i) [cm]
181   // mparam[5] - Z/A mean: sum(x_i*Z_i/A_i)/sum(x_i) [adimensional]
182   // mparam[6] - number of boundary crosses
183   //
184
185   mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0;
186   mparam[4]=0; mparam[5]=0; mparam[6]=0;
187   //
188   Double_t bparam[6]; // total parameters
189   Double_t lparam[6]; // local parameters
190
191   for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;
192
193   if (!gGeoManager) {
194     printf("ERROR: no TGeo\n");
195     return 0.;
196   }
197   //
198   Double_t length;
199   Double_t dir[3];
200   length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
201                        (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
202                        (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
203   mparam[4]=length;
204   if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
205   Double_t invlen = 1./length;
206   dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
207   dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
208   dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
209
210   // Initialize start point and direction
211   TGeoNode *currentnode = 0;
212   TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
213   //printf("%s length=%f\n",gGeoManager->GetPath(),length);
214   if (!startnode) {
215     printf("ERROR: start point out of geometry\n");
216     return 0.0;
217   }
218   TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
219   lparam[0]   = material->GetDensity();
220   lparam[1]   = material->GetRadLen();
221   lparam[2]   = material->GetA();
222   lparam[3]   = material->GetZ();
223   lparam[4]   = length;
224   lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
225   if (material->IsMixture()) {
226     TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
227     lparam[5] =0;
228     Double_t sum =0;
229     for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
230       sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
231       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
232     }
233     lparam[5]/=sum;
234   }
235
236   // Locate next boundary within length without computing safety.
237   // Propagate either with length (if no boundary found) or just cross boundary
238   gGeoManager->FindNextBoundaryAndStep(length, kFALSE);
239   Double_t step = 0.0; // Step made
240   Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
241   // If no boundary within proposed length, return current density
242   if (!gGeoManager->IsOnBoundary()) {
243     mparam[0] = lparam[0];
244     mparam[1] = lparam[4]/lparam[1];
245     mparam[2] = lparam[2];
246     mparam[3] = lparam[3];
247     mparam[4] = lparam[4];
248     return lparam[0];
249   }
250   // Try to cross the boundary and see what is next
251   Int_t nzero = 0;
252   while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
253     currentnode = gGeoManager->GetCurrentNode();
254     if (snext<2.*TGeoShape::Tolerance()) nzero++;
255     else nzero = 0;
256     if (nzero>3) {
257       // This means navigation has problems on one boundary
258       // Try to cross by making a small step
259       printf("ERROR: cannot cross boundary\n");
260       mparam[0] = bparam[0]/step;
261       mparam[1] = bparam[1];
262       mparam[2] = bparam[2]/step;
263       mparam[3] = bparam[3]/step;
264       mparam[5] = bparam[5]/step;
265       mparam[4] = step;
266       mparam[0] = 0.;             // if crash of navigation take mean density 0
267       mparam[1] = 1000000;        // and infinite rad length
268       return bparam[0]/step;
269     }
270     mparam[6]+=1.;
271     step += snext;
272     bparam[1]    += snext/lparam[1];
273     bparam[2]    += snext*lparam[2];
274     bparam[3]    += snext*lparam[3];
275     bparam[5]    += snext*lparam[5];
276     bparam[0]    += snext*lparam[0];
277
278     if (snext>=length) break;
279     if (!currentnode) break;
280     length -= snext;
281     //printf("%s snext=%f length=%f\n", currentnode->GetName(),snext,length);
282     material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
283     lparam[0] = material->GetDensity();
284     lparam[1]  = material->GetRadLen();
285     lparam[2]  = material->GetA();
286     lparam[3]  = material->GetZ();
287     //printf("       %f %f %f %f\n",lparam[0],lparam[1],lparam[2],lparam[3]); 
288     lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
289     if (material->IsMixture()) {
290       TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
291       lparam[5]=0;
292       Double_t sum =0;
293       for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
294         sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
295         lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
296       }
297       lparam[5]/=sum;
298     }
299     gGeoManager->FindNextBoundaryAndStep(length, kFALSE);
300     snext = gGeoManager->GetStep();
301     //printf("snext %f\n",snext);
302   }
303   mparam[0] = bparam[0]/step;
304   mparam[1] = bparam[1];
305   mparam[2] = bparam[2]/step;
306   mparam[3] = bparam[3]/step;
307   mparam[5] = bparam[5]/step;
308   return bparam[0]/step;
309 }
310
311
312 Double_t AliKalmanTrack::MeanMaterialBudget(Double_t *start, Double_t *end, Double_t *mparam)
313 {
314   // 
315   // calculate mean material budget and material properties beween point start and end
316   // mparam - returns parameters used for dEdx and multiple scatering
317   //
318   // mparam[0] - density mean
319   // mparam[1] - rad length
320   // mparam[2] - A mean
321   // mparam[3] - Z mean
322   // mparam[4] - length
323   // mparam[5] - Z/A mean
324   // mparam[6] - number of boundary crosses
325   //
326     mparam[0]=0; mparam[1]=1; mparam[2] =0; mparam[3] =0, mparam[4]=0, mparam[5]=0; mparam[6]=0;
327   //
328   Double_t bparam[6], lparam[6];          // bparam - total param - lparam - local parameters
329   for (Int_t i=0;i<6;i++) bparam[i]=0;    //
330
331   if (!gGeoManager) {
332     printf("ERROR: no TGeo\n");
333     return 0.;
334   }
335   //
336   Double_t length;
337   Double_t dir[3];
338   length = TMath::Sqrt((end[0]-start[0])*(end[0]-start[0])+
339                        (end[1]-start[1])*(end[1]-start[1])+
340                        (end[2]-start[2])*(end[2]-start[2]));
341   mparam[4]=length;
342   if (length<TGeoShape::Tolerance()) return 0.0;
343   Double_t invlen = 1./length;
344   dir[0] = (end[0]-start[0])*invlen;
345   dir[1] = (end[1]-start[1])*invlen;
346   dir[2] = (end[2]-start[2])*invlen;
347   // Initialize start point and direction
348   TGeoNode *currentnode = 0;
349   TGeoNode *startnode = gGeoManager->InitTrack(start, dir);
350   //  printf("%s length=%f\n",gGeoManager->GetPath(),length);
351   if (!startnode) {
352     printf("ERROR: start point out of geometry\n");
353     return 0.0;
354   }
355   TGeoMaterial *material = startnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
356   lparam[0] = material->GetDensity();
357   lparam[1]   = material->GetRadLen();
358   lparam[2]   = material->GetA();
359   lparam[3]   = material->GetZ();
360   lparam[4]   = length;
361   lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
362   if (material->IsMixture()) {
363     lparam[1]*=lparam[0];  // different normalization in the modeler for mixture
364     TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
365     lparam[5] =0;
366     Double_t sum =0;
367     for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
368       sum  += mixture->GetWmixt()[iel];
369       lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
370     }
371     lparam[5]/=sum;
372   }
373   gGeoManager->FindNextBoundary(length);
374   Double_t snext = gGeoManager->GetStep();
375   Double_t step = 0.0;
376   // If no boundary within proposed length, return current density
377   if (snext>=length) {
378     for (Int_t ip=0;ip<5;ip++) mparam[ip] = lparam[ip];
379     return lparam[0];
380   }
381   // Try to cross the boundary and see what is next
382   while (length>TGeoShape::Tolerance()) {
383     mparam[6]+=1.;
384     currentnode = gGeoManager->Step();
385     step += snext+1.E-6;
386     bparam[1]    += snext*lparam[1];
387     bparam[2]    += snext*lparam[2];
388     bparam[3]    += snext*lparam[3];
389     bparam[5]    += snext*lparam[5];
390     bparam[0]    += snext*lparam[0];
391
392     if (snext>=length) break;
393     if (!currentnode) break;
394     //    printf("%s snext=%f  density=%f bparam[0]=%f\n", gGeoManager->GetPath(),snext,density,bparam[0]);
395     if (!gGeoManager->IsEntering()) {
396       gGeoManager->SetStep(1.E-3);
397       currentnode = gGeoManager->Step();
398       if (!gGeoManager->IsEntering() || !currentnode) {
399         //      printf("ERROR: cannot cross boundary\n");
400         mparam[0] = bparam[0]/step;
401         mparam[1] = bparam[1]/step;
402         mparam[2] = bparam[2]/step;
403         mparam[3] = bparam[3]/step;
404         mparam[5] = bparam[5]/step;
405         mparam[4] = step;
406         mparam[0] = 0.;             // if crash of navigation take mean density 0
407         mparam[1] = 1000000;        // and infinite rad length
408         return bparam[0]/step;
409       }
410       step += 1.E-3;
411       snext += 1.E-3;
412       bparam[0] += lparam[0]*1.E-3;
413       bparam[1]    += lparam[1]*1.E-3;
414       bparam[2]    += lparam[2]*1.E-3;
415       bparam[3]    += lparam[3]*1.E-3;
416       bparam[5]    += lparam[5]*1.E-3;
417     }
418     length -= snext;
419     material = currentnode->GetVolume()->GetMedium()->GetMaterial();
420     lparam[0] = material->GetDensity();
421     lparam[1]  = material->GetRadLen();
422     lparam[2]  = material->GetA();
423     lparam[3]  = material->GetZ();
424     lparam[5]   = lparam[3]/lparam[2];
425     if (material->IsMixture()) {
426       lparam[1]*=lparam[0];
427       TGeoMixture * mixture = (TGeoMixture*)material;
428       lparam[5]=0;
429       Double_t sum =0;
430       for (Int_t iel=0;iel<mixture->GetNelements();iel++){
431         sum+= mixture->GetWmixt()[iel];
432         lparam[5]+= mixture->GetZmixt()[iel]*mixture->GetWmixt()[iel]/mixture->GetAmixt()[iel];
433       }
434       lparam[5]/=sum;
435     }
436     gGeoManager->FindNextBoundary(length);
437     snext = gGeoManager->GetStep();
438   }
439   mparam[0] = bparam[0]/step;
440   mparam[1] = bparam[1]/step;
441   mparam[2] = bparam[2]/step;
442   mparam[3] = bparam[3]/step;
443   mparam[5] = bparam[5]/step;
444   return bparam[0]/step;
445
446 }
447