Macro to calibrate L1 time delay in the TPC(C.Cheshkov)
[u/mrichter/AliRoot.git] / TPC / AliL1Delay.C
1 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //                                                                         //
3 // This is a macro which measures the time delay of L1 trigger in TPC      //
4 //                                                                         //
5 // It reads the ESD tracks and fills histograms with the distance          //
6 // between the primary vertex and the Z position                           //
7 // of the point of closest approach between the track and the beam axis.   //
8 // The processing of forward and backward tracks is done separately.       //
9 // The corresponding histograms are fitted with gaussian and the           //
10 // shifts of the Z positions are extracted.                                //
11 // The L1 time delay is taken as an average of the forward and backward    //
12 // (with opposite sign) shifts divided by the drift velocity.              //
13 // We assume that the ESD tracks are obtained by the TPC tracking stand    //
14 // alone.                                                                  //
15 // The propagation to the vertex can be done either with or without        //
16 // TGeoManager.                                                            //
17 //                                                                         //
18 // Cvetan.Cheshkov@cern.ch                                                 //
19 //                                                                         //
20 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
21
22 #if !defined(__CINT__) || defined(__MAKECINT__)
23   #include <TMath.h>
24   #include <TError.h>
25   #include <Riostream.h>
26   #include <TH1F.h>
27   #include <TF1.h>
28   #include <TTree.h>
29   #include <TCanvas.h>
30   #include <TFile.h>
31   #include <TStyle.h>
32   #include <TGeoManager.h>
33   #include "AliRunLoader.h"
34   #include "AliRun.h"
35   #include "AliESD.h"
36   #include "AliTracker.h"
37   #include "AliTPCParam.h"
38   #include "AliMagFMaps.h"
39   #include "AliITStrackV2.h"
40 #endif
41
42 Int_t CorrectForDeadZoneMaterial(AliITStrackV2 *t);
43 Bool_t PropagateToVertex(AliESDtrack *track, Float_t *vtxXYZ);
44 Bool_t PropagateToVertexG(AliESDtrack *track, Float_t *vtxXYZ);
45
46 void AliL1Delay(const Char_t *esdfilename = "./AliESDs.root", const Char_t *galicefilename = "./galice.root", Bool_t withTGeo = kFALSE, const Char_t *geomfilename = "./geometry.root")
47 {
48   const Int_t kMinNClusters = 0;
49   const Double_t kPtMin = 0.5;
50   const Double_t kMaxImpact = 0.3;
51   const Double_t kDeltaZRes = 0.3;
52   const Double_t kZRange = 20.;
53
54   // Book histograms
55   Int_t NBins = (Int_t)(2.*kZRange/(0.5*kDeltaZRes));
56   TH1F *hDeltaZForward = new TH1F("hDeltaZForward","Longitudinal distance to the vertex (forward tracks)",NBins,-kZRange,kZRange); 
57   TH1F *hDeltaZBackward = new TH1F("hDeltaZBackward","Longitudinal distance to the vertex (backward tracks)",NBins,-kZRange,kZRange);
58   TH1F *hTrImpact = new TH1F("hTrImpact","Transverse impact parameter (all tracks)",100,0,30.*kMaxImpact); 
59
60   // Open RunLoader
61   AliRunLoader *rl = AliRunLoader::Open(galicefilename);
62   if (!rl) {
63     ::Error("AliL1Delay.C","Can't start session !");
64     return;
65   }
66   rl->LoadgAlice();
67   gAlice = rl->GetAliRun();
68
69   // Set magnetic field
70   AliMagF* field = gAlice->Field();
71   AliTracker::SetFieldMap(field,kTRUE);
72   AliExternalTrackParam::SetFieldMap(field);
73   AliExternalTrackParam::SetNonuniformFieldTracking();
74   const Float_t sfield = field->SolenoidField();
75
76   // GetGeo manager
77   if(withTGeo)
78     {
79       TFile *geoFile = TFile::Open(geomfilename);
80       if (!geoFile || !geoFile->IsOpen()) {
81         ::Error("AliL1Delay.C","Can't open %s !",geomfilename);
82         return;
83       }
84       gGeoManager = (TGeoManager *)geoFile->Get("Geo");
85       if(!gGeoManager) {
86         ::Error("AliL1Delay.C","Can't find TGeoManager !");
87         return;
88       }
89     }
90
91   // Get X positions of the pad-rows
92   TDirectory* saveDir = gDirectory;
93   rl->CdGAFile();
94   AliTPCParam* param = (AliTPCParam*) gDirectory->Get("75x40_100x60_150x60");
95   if (!param) {
96     ::Error("AliL1Delay.C","No TPC parameters found !");
97     return;
98   }
99   Int_t nRowLow = param->GetNRowLow();
100   Int_t nRowUp = param->GetNRowUp();
101   Float_t xRow[159];
102   for (Int_t i=0;i<nRowLow;i++){
103     xRow[i] = param->GetPadRowRadiiLow(i);
104   }
105   for (Int_t i=0;i<nRowUp;i++){
106     xRow[i+nRowLow] = param->GetPadRowRadiiUp(i);
107   }
108   saveDir->cd();
109
110   // Open file with ESDs
111   TFile *esdFile = TFile::Open(esdfilename);
112   if (!esdFile || !esdFile->IsOpen()) {
113     ::Error("AliL1Delay.C","Can't open %s !",esdfilename);
114     return;
115   }
116   AliESD* event = new AliESD;
117   TTree* esdTree = (TTree*) esdFile->Get("esdTree");
118   if (!esdTree) {
119     ::Error("AliL1Delay.C","No ESD tree found !");
120     return;
121   }
122   esdTree->SetBranchAddress("ESD", &event);
123
124   // Init PID
125   AliPID pid;
126
127   Int_t nEvent = esdTree->GetEntries();
128
129   // Loop over events
130   for(Int_t iEvent = 0; iEvent<nEvent; iEvent++)
131     {
132       esdTree->GetEvent(iEvent);
133       const AliESDVertex *esdVtx = event->GetVertex();
134       Double_t zVtx = esdVtx->GetZv();
135       if(zVtx == 0.) continue; // Vertex is not found. Skip the event.
136       Int_t nTrk=event->GetNumberOfTracks();
137
138       ::Info("AliL1Delay.C","Event %d : Z vertex = %f  |  Number of tracks = %d",iEvent,zVtx,nTrk);
139
140       for(Int_t iTrk=0; iTrk<nTrk; iTrk++)
141         {
142           AliESDtrack *track = event->GetTrack(iTrk);
143           if(!track) continue;
144
145           // Track selection 
146           if((track->GetStatus()&AliESDtrack::kTPCrefit)==0) continue;
147           if(track->GetTPCclusters((Int_t)0x0)<(kMinNClusters*3)) continue;
148           if(track->GetP()<kPtMin) continue;
149
150           Int_t firstRow = (Int_t)(track->GetTPCPoints(0)+0.5);
151           Int_t lastRow = (Int_t)(track->GetTPCPoints(2)+0.5);
152           Double_t firstXYZ[3];
153           Double_t lastXYZ[3];
154           track->GetXYZAt(xRow[firstRow], sfield, firstXYZ);
155           track->GetXYZAt(xRow[lastRow], sfield, lastXYZ);
156
157           // Select if the track is forward or backward one
158           Bool_t IsForward;
159           if(firstXYZ[2] > 0 && lastXYZ[2] > 0)
160             IsForward = kTRUE;
161           else if(firstXYZ[2] < 0 && lastXYZ[2] < 0)
162             IsForward = kFALSE;
163           else
164             continue;
165
166           // Propagate the track to the vertex
167           Float_t vtxXYZ[3];
168           if(withTGeo) {
169             if(PropagateToVertexG(track,vtxXYZ) == 0) continue;
170           }
171           else {
172             if(PropagateToVertex(track,vtxXYZ) == 0) continue;
173           }
174
175           // Get the position at point of closest approach to the vertex
176           Float_t impact = TMath::Sqrt(vtxXYZ[0]*vtxXYZ[0]+vtxXYZ[1]*vtxXYZ[1]);
177           hTrImpact->Fill(impact);
178           // Select primary tracks
179           if(impact > kMaxImpact) continue;
180
181           if (IsForward)
182             hDeltaZForward->Fill(vtxXYZ[2]-zVtx);
183           else
184             hDeltaZBackward->Fill(vtxXYZ[2]-zVtx);
185         }
186     }
187
188   //  delete event;
189   //  esdFile->Close();
190
191   // Check track propagation
192   TF1 *fexpo = new TF1("fexpo","expo");
193   hTrImpact->Fit("fexpo","E");
194   Double_t slope = fexpo->GetParameter(1);
195   if(slope > 3.*kMaxImpact)
196     ::Warning("AliL1Delay.C","The transverse impact parameter distribution is too broad: %f +- %f",slope,fexpo->GetParError(1));
197   delete fexpo;
198
199   // Fit histograms and extract L1 time delay
200   Double_t shifts[2],shifterrs2[2];
201   {
202     Double_t params[3];
203     params[0] = hDeltaZForward->GetMaximumBin();
204     params[1] = hDeltaZForward->GetBinCenter(hDeltaZForward->GetMaximumBin());
205     params[2] = kDeltaZRes;
206     TF1 *fgaus = new TF1("fgaus","gaus");
207     fgaus->SetParameters(params);
208     hDeltaZForward->Fit("fgaus","E");
209     shifts[0] = fgaus->GetParameter(1);
210     shifterrs2[0] = fgaus->GetParError(1)*fgaus->GetParError(1);
211     delete fgaus;
212   }
213   {
214     Double_t params[3];
215     params[0] = hDeltaZBackward->GetMaximumBin();
216     params[1] = hDeltaZBackward->GetBinCenter(hDeltaZBackward->GetMaximumBin());
217     params[2] = kDeltaZRes;
218     TF1 *fgaus = new TF1("fgaus","gaus");
219     fgaus->SetParameters(params);
220     hDeltaZBackward->Fit("fgaus","E");
221     shifts[1] = -fgaus->GetParameter(1);
222     shifterrs2[1] = fgaus->GetParError(1)*fgaus->GetParError(1);
223     delete fgaus;
224   }
225
226   // Check the consistency of the two time delays
227   if(TMath::Abs(shifts[0]-shifts[1])>3.*TMath::Sqrt(shifterrs2[0]+shifterrs2[1]))
228     ::Warning("AliL1Delay.C","The extracted delays are more than 3 sigma away from each other: %f %f",shifts[0],shifts[1]);
229
230   // Calculated the overall time delay
231   Double_t shifterr = 1./TMath::Sqrt(1./shifterrs2[0]+1./shifterrs2[1]);
232   Double_t shift = (shifts[0]/shifterrs2[0]+shifts[1]/shifterrs2[1])*shifterr*shifterr;
233
234   ::Info("AliL1Delay.C","");
235   ::Info("AliL1Delay.C","=====================================================");
236   ::Info("AliL1Delay.C","The measured L1 delay is (%f +- %f) cm",shift,shifterr);
237   ::Info("AliL1Delay.C","The measured L1 delay is (%f +- %f) ns",shift*1.e9/param->GetDriftV(),shifterr*1.e9/param->GetDriftV());
238   ::Info("AliL1Delay.C","=====================================================");
239
240   delete event;
241   esdFile->Close();
242
243   gStyle->SetOptFit(1);
244
245   TCanvas *c1 = new TCanvas("c1","",0,0,700,850);
246
247   TPad *p1 = new TPad("p1","",0,0,1,0.5); p1->Draw();
248   p1->cd(); p1->SetFillColor(42); p1->SetFrameFillColor(10);
249   p1->SetLogy(1);
250   hTrImpact->SetFillColor(4);  hTrImpact->SetXTitle("(cm)");
251   hTrImpact->SetStats(kTRUE); hTrImpact->Draw(); c1->cd();
252
253   TPad *p2 = new TPad("p2","",0,0.5,0.5,1); p2->Draw();
254   p2->cd(); p2->SetFillColor(42); p2->SetFrameFillColor(10); 
255   hDeltaZForward->SetFillColor(4);  hDeltaZForward->SetXTitle("(cm)");
256   hDeltaZForward->SetStats(kTRUE); hDeltaZForward->Draw(); c1->cd();
257
258   TPad *p3 = new TPad("p3","",0.5,0.5,1,1); p3->Draw();
259   p3->cd(); p3->SetFillColor(42); p3->SetFrameFillColor(10); 
260   hDeltaZBackward->SetFillColor(4);  hDeltaZBackward->SetXTitle("(cm)");
261   hDeltaZBackward->SetStats(kTRUE); hDeltaZBackward->Draw(); c1->cd();
262
263   TFile f("AliL1Delay.root","RECREATE");
264   c1->Write();
265   f.Close();
266
267   delete rl;
268 }
269
270 Int_t CorrectForDeadZoneMaterial(AliITStrackV2 *t) {
271   //--------------------------------------------------------------------
272   // Correction for the material between the TPC and the ITS
273   // (should it belong to the TPC code ?)
274   //--------------------------------------------------------------------
275   Double_t riw=80., diw=0.0053, x0iw=30; // TPC inner wall ? 
276   Double_t rcd=61., dcd=0.0053, x0cd=30; // TPC "central drum" ?
277   Double_t yr=12.8, dr=0.03; // rods ?
278   Double_t zm=0.2, dm=0.40;  // membrane
279   //Double_t rr=52., dr=0.19, x0r=24., yyr=7.77; //rails
280   Double_t rs=50., ds=0.001; // something belonging to the ITS (screen ?)
281
282   if (t->GetX() > riw) {
283      if (!t->PropagateTo(riw,diw,x0iw)) return 1;
284      if (TMath::Abs(t->GetY())>yr) t->CorrectForMaterial(dr);
285      if (TMath::Abs(t->GetZ())<zm) t->CorrectForMaterial(dm);
286      if (!t->PropagateTo(rcd,dcd,x0cd)) return 1;
287      //Double_t x,y,z; t->GetGlobalXYZat(rr,x,y,z);
288      //if (TMath::Abs(y)<yyr) t->PropagateTo(rr,dr,x0r); 
289      if (!t->PropagateTo(rs,ds)) return 1;
290   } else if (t->GetX() < rs) {
291      if (!t->PropagateTo(rs,-ds)) return 1;
292      //Double_t x,y,z; t->GetGlobalXYZat(rr,x,y,z);
293      //if (TMath::Abs(y)<yyr) t->PropagateTo(rr,-dr,x0r); 
294      if (!t->PropagateTo(rcd,-dcd,x0cd)) return 1;
295      if (!t->PropagateTo(riw+0.001,-diw,x0iw)) return 1;
296   } else {
297   ::Error("CorrectForDeadZoneMaterial","track is already in the dead zone !");
298     return 1;
299   }
300   
301   return 0;
302 }
303
304 Bool_t PropagateToVertex(AliESDtrack *track, Float_t *vtxXYZ)
305 {
306   // Make an ITS track and propagate it to the vertex
307   AliITStrackV2 itstrack(*track);
308   if (CorrectForDeadZoneMaterial(&itstrack) != 0) return 0;
309   if (!itstrack.PropagateTo(3.,0.0028,65.19)) return 0;
310   if (!itstrack.PropagateToVertex()) return 0;
311
312   itstrack.GetXYZ(vtxXYZ);
313
314   return 1;
315 }
316
317 Bool_t PropagateToVertexG(AliESDtrack *track, Float_t *vtxXYZ)
318 {
319   // Make an ITS track and propagate it to the vertex using TGeoManager
320   AliITStrackV2 itstrack(*track);
321   AliExternalTrackParam etrack(itstrack);
322   Double_t r = 3.;
323   Double_t xyz0[3],xyz1[3],y,z;
324   Double_t param[7];
325   Double_t step = 2.;
326   for (Double_t x = etrack.X()-step; x > r; x -= step) {
327     etrack.GetGlobalXYZ(xyz0[0],xyz0[1],xyz0[2]);
328     Double_t alpha = TMath::ATan2(xyz0[1],xyz0[0]);
329     etrack.RotateTo(alpha);
330     etrack.GetGlobalXYZ(xyz0[0],xyz0[1],xyz0[2]);      
331     if (!etrack.GetProlongationAt(x,y,z)) return 0;
332     xyz1[0] = x*TMath::Cos(alpha)-y*TMath::Sin(alpha);
333     xyz1[1] = x*TMath::Sin(alpha)+y*TMath::Cos(alpha);
334     xyz1[2] = z;
335     AliKalmanTrack::MeanMaterialBudget(xyz0,xyz1,param);
336     if (!etrack.PropagateTo(x,param[1],param[0])) return 0;
337   }
338   etrack.PropagateTo(r,1,0);
339   if (!etrack.PropagateToDCA(0,0,param[1],0)) return 0;
340
341   etrack.GetXYZ(vtxXYZ);
342
343   return 1;
344 }