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 //
  17 // AliTOFtrack class
  18 //
  19 // Authors: Bologna-CERN-ITEP-Salerno Group
  20 //
  21 // Description: class for handling ESD extracted tracks for TOF matching.
  22 /* $Id$ */
  23
  24 #include <Riostream.h>
  25
  26 #include <TObject.h>
  27
  28 #include "AliLog.h"
  29 #include "AliESDtrack.h"
  30
  31 #include "AliTOFGeometry.h"
  32 #include "AliTOFGeometryV4.h"
  33 #include "AliTOFGeometryV5.h"
  34 #include "AliTOFtrack.h"
  35
  36 ClassImp(AliTOFtrack)
  37
  38 //_____________________________________________________________________________
  39 AliTOFtrack::AliTOFtrack(const AliTOFtrack& t) : AliKalmanTrack(t) {
  40   //
  41   // Copy constructor.
  42   //
  43
  44   SetSeedIndex(t.GetSeedIndex());
  45   SetLabel(t.GetLabel());
  46   fSeedLab=t.GetSeedLabel();
  47   SetChi2(t.GetChi2());
  48
  49   fAlpha=t.fAlpha;
  50   fX=t.fX;
  51
  52   fY=t.fY; fZ=t.fZ; fE=t.fE; fT=t.fT; fC=t.fC;
  53
  54   fCyy=t.fCyy;
  55   fCzy=t.fCzy;  fCzz=t.fCzz;
  56   fCey=t.fCey;  fCez=t.fCez;  fCee=t.fCee;
  57   fCty=t.fCty;  fCtz=t.fCtz;  fCte=t.fCte;  fCtt=t.fCtt;
  58   fCcy=t.fCcy;  fCcz=t.fCcz;  fCce=t.fCce;  fCct=t.fCct;  fCcc=t.fCcc;
  59
  60   fTOFgeometry = new AliTOFGeometryV4();
  61
  62 }
  63
  64 //_____________________________________________________________________________
  65 AliTOFtrack::AliTOFtrack(const AliESDtrack& t)
  66            :AliKalmanTrack() {
  67   //
  68   // Constructor from AliESDtrack
  69   //
  70
  71   fTOFgeometry = new AliTOFGeometryV4();
  72
  73   SetSeedIndex(-1);
  74   SetLabel(t.GetLabel());
  75   SetChi2(0.);
  76   SetMass(t.GetMass());
  77
  78   fAlpha = t.GetAlpha();
  79   if      (fAlpha < -TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
  80   else if (fAlpha >= TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();
  81   Double_t x, p[5]; t.GetExternalParameters(x,p);
  82
  83   fX=x;
  84
  85   fY=p[0];
  86   fZ=p[1]; SaveLocalConvConst();
  87   fT=p[3]; x=GetLocalConvConst();
  88   fC=p[4]/x;
  89   fE=fC*fX - p[2];
  90
  91   //Conversion of the covariance matrix
  92   Double_t c[15]; t.GetExternalCovariance(c);
  93
  94   c[10]/=x; c[11]/=x; c[12]/=x; c[13]/=x; c[14]/=x*x;
  95
  96   Double_t c22=fX*fX*c[14] - 2*fX*c[12] + c[5];
  97   Double_t c32=fX*c[13] - c[8];
  98   Double_t c20=fX*c[10] - c[3], c21=fX*c[11] - c[4], c42=fX*c[14] - c[12];
  99
 100   fCyy=c[0 ];
 101   fCzy=c[1 ];   fCzz=c[2 ];
 102   fCey=c20;     fCez=c21;     fCee=c22;
 103   fCty=c[6 ];   fCtz=c[7 ];   fCte=c32;   fCtt=c[9 ];
 104   fCcy=c[10];   fCcz=c[11];   fCce=c42;   fCct=c[13]; fCcc=c[14];
 105
 106   if ((t.GetStatus()&AliESDtrack::kTIME) == 0) return;
 107   StartTimeIntegral();
 108   Double_t times[10]; t.GetIntegratedTimes(times); SetIntegratedTimes(times);
 109   SetIntegratedLength(t.GetIntegratedLength());
 110
 111
 112 }
 113 //____________________________________________________________________________
 114 void AliTOFtrack::GetExternalParameters(Double_t& xr, Double_t x[5]) const {
 115   //
 116   // This function returns external TOF track representation
 117   //
 118      xr=fX;
 119      x[0]=GetY();
 120      x[1]=GetZ();
 121      x[2]=GetSnp();
 122      x[3]=GetTgl();
 123      x[4]=Get1Pt();
 124 }
 125
 126 //_____________________________________________________________________________
 127 void AliTOFtrack::GetExternalCovariance(Double_t cc[15]) const {
 128   //
 129   // This function returns external representation of the covriance matrix.
 130   //
 131   Double_t a=GetLocalConvConst();
 132   Double_t c22=fX*fX*fCcc-2*fX*fCce+fCee;
 133   Double_t c32=fX*fCct-fCte;
 134   Double_t c20=fX*fCcy-fCey, c21=fX*fCcz-fCez, c42=fX*fCcc-fCce;
 135
 136   cc[0 ]=fCyy;
 137   cc[1 ]=fCzy;   cc[2 ]=fCzz;
 138   cc[3 ]=c20;    cc[4 ]=c21;    cc[5 ]=c22;
 139   cc[6 ]=fCty;   cc[7 ]=fCtz;   cc[8 ]=c32;   cc[9 ]=fCtt;
 140   cc[10]=fCcy*a; cc[11]=fCcz*a; cc[12]=c42*a; cc[13]=fCct*a; cc[14]=fCcc*a*a;
 141
 142 }
 143
 144
 145 //_____________________________________________________________________________
 146 void AliTOFtrack::GetCovariance(Double_t cc[15]) const {
 147   //
 148   // Returns the covariance matrix.
 149   //
 150
 151   cc[0]=fCyy;
 152   cc[1]=fCzy;  cc[2]=fCzz;
 153   cc[3]=fCey;  cc[4]=fCez;  cc[5]=fCee;
 154   cc[6]=fCcy;  cc[7]=fCcz;  cc[8]=fCce;  cc[9]=fCcc;
 155   cc[10]=fCty; cc[11]=fCtz; cc[12]=fCte; cc[13]=fCct; cc[14]=fCtt;
 156
 157 }
 158
 159
 160 //_____________________________________________________________________________
 161 Int_t AliTOFtrack::PropagateTo(Double_t xk,Double_t x0,Double_t rho)
 162 {
 163   // Propagates a track of particle with mass=pm to a reference plane
 164   // defined by x=xk through media of density=rho and radiationLength=x0
 165
 166   if (xk == fX) return 1;
 167
 168   if (TMath::Abs(fC*xk - fE) >= 0.90000) {
 169     return 0;
 170   }
 171   Double_t lcc=GetLocalConvConst();
 172
 173   // track Length measurement [SR, GSI, 17.02.2003]
 174
 175   Double_t oldX = fX, oldY = fY, oldZ = fZ;
 176
 177   Double_t x1=fX, x2=x1+(xk-x1), dx=x2-x1, y1=fY, z1=fZ;
 178   Double_t c1=fC*x1 - fE;
 179   if((c1*c1) > 1){
 180     return 0;}
 181   Double_t r1=sqrt(1.- c1*c1);
 182   Double_t c2=fC*x2 - fE;
 183   if((c2*c2) > 1) {
 184     return 0;
 185   }
 186   Double_t r2=sqrt(1.- c2*c2);
 187
 188   fY += dx*(c1+c2)/(r1+r2);
 189   fZ += dx*(c1+c2)/(c1*r2 + c2*r1)*fT;
 190
 191   //f = F - 1
 192   Double_t rr=r1+r2, cc=c1+c2, xx=x1+x2;
 193   Double_t f02=-dx*(2*rr + cc*(c1/r1 + c2/r2))/(rr*rr);
 194   Double_t f04= dx*(rr*xx + cc*(c1*x1/r1+c2*x2/r2))/(rr*rr);
 195   Double_t cr=c1*r2+c2*r1;
 196   Double_t f12=-dx*fT*(2*cr + cc*(c2*c1/r1-r1 + c1*c2/r2-r2))/(cr*cr);
 197   Double_t f13= dx*cc/cr;
 198   Double_t f14=dx*fT*(cr*xx-cc*(r1*x2-c2*c1*x1/r1+r2*x1-c1*c2*x2/r2))/(cr*cr);
 199
 200   //b = C*ft
 201   Double_t b00=f02*fCey + f04*fCcy, b01=f12*fCey + f14*fCcy + f13*fCty;
 202   Double_t b10=f02*fCez + f04*fCcz, b11=f12*fCez + f14*fCcz + f13*fCtz;
 203   Double_t b20=f02*fCee + f04*fCce, b21=f12*fCee + f14*fCce + f13*fCte;
 204   Double_t b30=f02*fCte + f04*fCct, b31=f12*fCte + f14*fCct + f13*fCtt;
 205   Double_t b40=f02*fCce + f04*fCcc, b41=f12*fCce + f14*fCcc + f13*fCct;
 206
 207   //a = f*b = f*C*ft
 208   Double_t a00=f02*b20+f04*b40,a01=f02*b21+f04*b41,a11=f12*b21+f14*b41+f13*b31;
 209
 210   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
 211   fCyy += a00 + 2*b00;
 212   fCzy += a01 + b01 + b10;
 213   fCey += b20;
 214   fCty += b30;
 215   fCcy += b40;
 216   fCzz += a11 + 2*b11;
 217   fCez += b21;
 218   fCtz += b31;
 219   fCcz += b41;
 220
 221   fX=x2;
 222
 223   //Change of the magnetic field *************
 224   SaveLocalConvConst();
 225   cc=fC;
 226   fC*=lcc/GetLocalConvConst();
 227   fE+=fX*(fC-cc);
 228
 229   //Multiple scattering  ******************
 230   Double_t d=sqrt((x1-fX)*(x1-fX)+(y1-fY)*(y1-fY)+(z1-fZ)*(z1-fZ));
 231   Double_t p2=(1.+ GetTgl()*GetTgl())/(Get1Pt()*Get1Pt());
 232   Double_t beta2=p2/(p2 + GetMass()*GetMass());
 233   Double_t theta2=14.1*14.1/(beta2*p2*1e6)*d/x0*rho;
 234
 235   Double_t ey=fC*fX - fE, ez=fT;
 236   Double_t xz=fC*ez, zz1=ez*ez+1, xy=fE+ey;
 237
 238   fCee += (2*ey*ez*ez*fE+1-ey*ey+ez*ez+fE*fE*ez*ez)*theta2;
 239   fCte += ez*zz1*xy*theta2;
 240   fCtt += zz1*zz1*theta2;
 241   fCce += xz*ez*xy*theta2;
 242   fCct += xz*zz1*theta2;
 243   fCcc += xz*xz*theta2;
 244   /*
 245   Double_t dc22 = (1-ey*ey+xz*xz*fX*fX)*theta2;
 246   Double_t dc32 = (xz*fX*zz1)*theta2;
 247   Double_t dc33 = (zz1*zz1)*theta2;
 248   Double_t dc42 = (xz*fX*xz)*theta2;
 249   Double_t dc43 = (zz1*xz)*theta2;
 250   Double_t dc44 = (xz*xz)*theta2;
 251   fCee += dc22;
 252   fCte += dc32;
 253   fCtt += dc33;
 254   fCce += dc42;
 255   fCct += dc43;
 256   fCcc += dc44;
 257   */
 258   //Energy losses************************
 259   if((5940*beta2/(1-beta2+1e-10) - beta2) < 0){return 0;}
 260
 261   Double_t dE=0.153e-3/beta2*(log(5940*beta2/(1-beta2+1e-10)) - beta2)*d*rho;
 262   //
 263   // suspicious part - think about it ?
 264   Double_t kinE =  TMath::Sqrt(p2);
 265   if (dE>0.8*kinE) dE = 0.8*kinE;  //
 266   if (dE<0)        dE = 0.0;       // not valid region for Bethe bloch
 267   //
 268   //
 269   if (x1 < x2) dE=-dE;
 270   cc=fC;
 271   fC*=(1.- sqrt(p2+GetMass()*GetMass())/p2*dE);
 272   fE+=fX*(fC-cc);
 273
 274   // track time measurement [SR, GSI 17.02.2002]
 275   if (x1 < x2)
 276   if (IsStartedTimeIntegral()) {
 277     Double_t l2 = (fX-oldX)*(fX-oldX) + (fY-oldY)*(fY-oldY) + (fZ-oldZ)*(fZ-oldZ);
 278     AddTimeStep(TMath::Sqrt(l2));
 279   }
 280
 281   return 1;
 282 }
 283
 284 //_____________________________________________________________________________
 285 Int_t AliTOFtrack::PropagateToInnerTOF( Bool_t holes)
 286 {
 287   // Propagates a track of particle with mass=pm to a reference plane
 288   // defined by x=xk through media of density=rho and radiationLength=x0
 289
 290
 291   Double_t ymax=fTOFgeometry->RinTOF()*TMath::Tan(0.5*AliTOFGeometry::GetAlpha());
 292   Bool_t skip = kFALSE;
 293   Double_t y=GetYat(fTOFgeometry->RinTOF(),skip);
 294   if(skip){
 295     return 0;
 296   }
 297   if (y > ymax) {
 298     if (!Rotate(AliTOFGeometry::GetAlpha())) {
 299       return 0;
 300     }
 301   } else if (y <-ymax) {
 302     if (!Rotate(-AliTOFGeometry::GetAlpha())) {
 303       return 0;
 304     }
 305   }
 306
 307
 308   Double_t x = GetX();
 309   Int_t nsteps=Int_t((370.-x)/0.5); // 0.5 cm Steps
 310   for (Int_t istep=0;istep<nsteps;istep++){
 311     Float_t xp = x+istep*0.5;
 312     Double_t param[2];
 313     GetPropagationParameters(holes,param);
 314     PropagateTo(xp,param[0],param[1]);
 315
 316   }
 317
 318   if(!PropagateTo(fTOFgeometry->RinTOF()))return 0;
 319
 320   return 1;
 321
 322 }
 323
 324 //_____________________________________________________________________________
 325 Int_t AliTOFtrack::Rotate(Double_t alpha)
 326 {
 327   // Rotates track parameters in R*phi plane
 328
 329
 330   fAlpha += alpha;
 331   if (fAlpha<-TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
 332   if (fAlpha>=TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();
 333
 334   Double_t x1=fX, y1=fY;
 335   Double_t ca=cos(alpha), sa=sin(alpha);
 336   Double_t r1=fC*fX - fE;
 337
 338   fX = x1*ca + y1*sa;
 339   fY =-x1*sa + y1*ca;
 340   if((r1*r1) > 1) return 0;
 341   fE=fE*ca + (fC*y1 + sqrt(1.- r1*r1))*sa;
 342
 343   Double_t r2=fC*fX - fE;
 344   if (TMath::Abs(r2) >= 0.90000) {
 345     AliWarning("Rotation failed !");
 346     return 0;
 347   }
 348
 349   if((r2*r2) > 1) return 0;
 350   Double_t y0=fY + sqrt(1.- r2*r2)/fC;
 351   if ((fY-y0)*fC >= 0.) {
 352     AliWarning("Rotation failed !!!");
 353     return 0;
 354   }
 355
 356   //f = F - 1
 357   Double_t f00=ca-1,    f24=(y1 - r1*x1/sqrt(1.- r1*r1))*sa,
 358            f20=fC*sa,  f22=(ca + sa*r1/sqrt(1.- r1*r1))-1;
 359
 360   //b = C*ft
 361   Double_t b00=fCyy*f00, b02=fCyy*f20+fCcy*f24+fCey*f22;
 362   Double_t b10=fCzy*f00, b12=fCzy*f20+fCcz*f24+fCez*f22;
 363   Double_t b20=fCey*f00, b22=fCey*f20+fCce*f24+fCee*f22;
 364   Double_t b30=fCty*f00, b32=fCty*f20+fCct*f24+fCte*f22;
 365   Double_t b40=fCcy*f00, b42=fCcy*f20+fCcc*f24+fCce*f22;
 366
 367   //a = f*b = f*C*ft
 368   Double_t a00=f00*b00, a02=f00*b02, a22=f20*b02+f24*b42+f22*b22;
 369
 370   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
 371   fCyy += a00 + 2*b00;
 372   fCzy += b10;
 373   fCey += a02+b20+b02;
 374   fCty += b30;
 375   fCcy += b40;
 376   fCez += b12;
 377   fCte += b32;
 378   fCee += a22 + 2*b22;
 379   fCce += b42;
 380
 381   return 1;
 382 }
 383
 384 //_________________________________________________________________________
 385 Double_t AliTOFtrack::GetYat(Double_t xk, Bool_t & skip) const {
 386 //-----------------------------------------------------------------
 387 // This function calculates the Y-coordinate of a track at the plane x=xk.
 388 // Needed for matching with the TOF (I.Belikov)
 389 //-----------------------------------------------------------------
 390      skip=kFALSE;
 391      Double_t c1=fC*fX - fE, r1=TMath::Sqrt(TMath::Abs(1.- c1*c1));
 392      Double_t c2=fC*xk - fE, r2=TMath::Sqrt(TMath::Abs(1.- c2*c2));
 393       if( ((1.- c2*c2)<0) || ((1.- c1*c1)<0) ) skip=kTRUE;
 394       return fY + (xk-fX)*(c1+c2)/(r1+r2);
 395 }
 396 //_________________________________________________________________________
 397 void AliTOFtrack::GetPxPyPz(Double_t& px, Double_t& py, Double_t& pz) const
 398 {
 399   // Returns reconstructed track momentum in the global system.
 400
 401   Double_t pt=TMath::Abs(GetPt()); // GeV/c
 402   Double_t r=fC*fX-fE;
 403
 404   Double_t y0;
 405   if(r > 1) { py = pt; px = 0; }
 406   else if(r < -1) { py = -pt; px = 0; }
 407   else {
 408     y0=fY + sqrt(1.- r*r)/fC;
 409     px=-pt*(fY-y0)*fC;    //cos(phi);
 410     py=-pt*(fE-fX*fC);    //sin(phi);
 411   }
 412   pz=pt*fT;
 413   Double_t tmp=px*TMath::Cos(fAlpha) - py*TMath::Sin(fAlpha);
 414   py=px*TMath::Sin(fAlpha) + py*TMath::Cos(fAlpha);
 415   px=tmp;
 416
 417 }
 418
 419 //_________________________________________________________________________
 420 void AliTOFtrack::GetGlobalXYZ(Double_t& x, Double_t& y, Double_t& z) const
 421 {
 422   // Returns reconstructed track coordinates in the global system.
 423
 424   x = fX; y = fY; z = fZ;
 425   Double_t tmp=x*TMath::Cos(fAlpha) - y*TMath::Sin(fAlpha);
 426   y=x*TMath::Sin(fAlpha) + y*TMath::Cos(fAlpha);
 427   x=tmp;
 428
 429 }
 430
 431 //_________________________________________________________________________
 432 void AliTOFtrack::ResetCovariance() {
 433   //
 434   // Resets covariance matrix
 435   //
 436
 437   fCyy*=10.;
 438   fCzy=0.;  fCzz*=10.;
 439   fCey=0.;  fCez=0.;  fCee*=10.;
 440   fCty=0.;  fCtz=0.;  fCte=0.;  fCtt*=10.;
 441   fCcy=0.;  fCcz=0.;  fCce=0.;  fCct=0.;  fCcc*=10.;
 442 }
 443
 444
 445 //_________________________________________________________________________
 446 void AliTOFtrack::ResetCovariance(Float_t mult) {
 447   //
 448   // Resets covariance matrix
 449   //
 450
 451   fCyy*=mult;
 452   fCzy*=0.;  fCzz*=mult;
 453   fCey*=0.;  fCez*=0.;  fCee*=mult;
 454   fCty*=0.;  fCtz*=0.;  fCte*=0.;  fCtt*=mult;
 455   fCcy*=0.;  fCcz*=0.;  fCce*=0.;  fCct*=0.;  fCcc*=mult;
 456 }
 457
 458 //_____________________________________________________________________________
 459 Int_t AliTOFtrack::Compare(const TObject *o) const {
 460   //-----------------------------------------------------------------
 461   // This function compares tracks according to the their curvature
 462   //-----------------------------------------------------------------
 463   AliTOFtrack *t=(AliTOFtrack*)o;
 464   Double_t co=t->GetSigmaY2()*t->GetSigmaZ2();
 465   Double_t c =GetSigmaY2()*GetSigmaZ2();
 466   if (c>co) return 1;
 467   else if (c<co) return -1;
 468   return 0;
 469 }
 470
 471 //_____________________________________________________________________________
 472 void AliTOFtrack::GetPropagationParameters(Bool_t holes, Double_t *param) {
 473
 474  //Get average medium density, x0 while propagating the track
 475
 476   //For TRD holes description
 477
 478   Double_t thetamin = (90.-31.1) * TMath::Pi()/180.;
 479   Double_t thetamax = (90.+31.1) * TMath::Pi()/180.;
 480
 481   Double_t zmin = -55.;
 482   Double_t zmax =  55.;
 483
 484   // Detector inner/outer radii
 485   Double_t rTPC    = 261.53;
 486   Double_t rTPCTRD = 294.5;
 487   Double_t rTRD    = 369.1;
 488
 489   // Medium parameters
 490   Double_t x0TPC = 40.;
 491   Double_t rhoTPC =0.06124;
 492
 493   Double_t x0Air = 36.66;
 494   Double_t rhoAir =1.2931e-3;
 495
 496   Double_t x0TRD = 171.7;
 497   Double_t rhoTRD =0.33;
 498
 499   Int_t isec = GetSector();
 500   Double_t xtr,ytr,ztr;
 501   GetGlobalXYZ(xtr,ytr,ztr);
 502   Float_t thetatr = TMath::ATan2(TMath::Sqrt(xtr*xtr+ytr*ytr),ztr);
 503
 504   if(holes){
 505     if (isec == 0 || isec == 1 || isec == 2 ) {
 506       if( thetatr>=thetamin && thetatr<=thetamax){
 507         x0TRD= x0Air;
 508         rhoTRD = rhoAir;
 509       }
 510     }
 511     if (isec == 11 || isec == 12 || isec == 13 || isec == 14 || isec == 15 ) {
 512       if( ztr>=zmin && ztr<=zmax){
 513         x0TRD= x0Air;
 514         rhoTRD = rhoAir;
 515       }
 516     }
 517   }
 518
 519   if(GetX() <= rTPC)
 520     {param[0]=x0TPC;param[1]=rhoTPC;}
 521   else if(GetX() > rTPC &&  GetX() < rTPCTRD)
 522     {param[0]=x0Air;param[1]=rhoAir;}
 523   else if(GetX() >= rTPCTRD &&  GetX() < rTRD)
 524     {param[0]=x0TRD;param[1]=rhoTRD;}
 525   else if(GetX() >= rTRD )
 526     {param[0]=x0Air;param[1]=rhoAir;}
 527 }