Introducing Riostream.h
[u/mrichter/AliRoot.git] / TRD / AliTRDtrack.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 $Log$
18 Revision 1.12  2002/10/14 14:57:44  hristov
19 Merging the VirtualMC branch to the main development branch (HEAD)
20
21 Revision 1.8.10.2  2002/07/24 10:09:31  alibrary
22 Updating VirtualMC
23
24 Revision 1.11  2002/06/13 12:09:58  hristov
25 Minor corrections
26
27 Revision 1.10  2002/06/12 09:54:35  cblume
28 Update of tracking code provided by Sergei
29
30 Revision 1.8  2001/05/30 12:17:47  hristov
31 Loop variables declared once
32
33 Revision 1.7  2001/05/28 17:07:58  hristov
34 Last minute changes; ExB correction in AliTRDclusterizerV1; taking into account of material in G10 TEC frames and material between TEC planes (C.Blume,S.Sedykh)
35
36 Revision 1.4  2000/12/08 16:07:02  cblume
37 Update of the tracking by Sergei
38
39 Revision 1.3  2000/10/15 23:40:01  cblume
40 Remove AliTRDconst
41
42 Revision 1.2  2000/10/06 16:49:46  cblume
43 Made Getters const
44
45 Revision 1.1.2.1  2000/09/22 14:47:52  cblume
46 Add the tracking code
47
48 */                                                        
49
50 #include <Riostream.h>
51 #include <TObject.h>   
52
53 #include "AliTRDgeometry.h" 
54 #include "AliTRDcluster.h" 
55 #include "AliTRDtrack.h"
56 #include "../TPC/AliTPCtrack.h" 
57
58 ClassImp(AliTRDtrack)
59
60
61 //_____________________________________________________________________________
62
63 AliTRDtrack::AliTRDtrack(const AliTRDcluster *c, UInt_t index, 
64                          const Double_t xx[5], const Double_t cc[15], 
65                          Double_t xref, Double_t alpha) : AliKalmanTrack() {
66   //-----------------------------------------------------------------
67   // This is the main track constructor.
68   //-----------------------------------------------------------------
69
70   fSeedLab = -1;
71
72   fAlpha=alpha;
73   if (fAlpha<-TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
74   if (fAlpha>=TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();   
75
76   fX=xref;
77
78   fY=xx[0]; fZ=xx[1]; fC=xx[2]; fE=xx[3]; fT=xx[4];
79
80   fCyy=cc[0];
81   fCzy=cc[1];  fCzz=cc[2];
82   fCcy=cc[3];  fCcz=cc[4];  fCcc=cc[5];
83   fCey=cc[6];  fCez=cc[7];  fCec=cc[8];  fCee=cc[9];
84   fCty=cc[10]; fCtz=cc[11]; fCtc=cc[12]; fCte=cc[13]; fCtt=cc[14];
85
86   fIndex[0]=index;
87   SetNumberOfClusters(1);
88
89   fdEdx=0.;
90
91   Double_t q = TMath::Abs(c->GetQ());
92   Double_t s = fX*fC - fE, t=fT;
93   if(s*s < 1) q *= TMath::Sqrt((1-s*s)/(1+t*t));
94
95   fdQdl[0] = q;
96 }                              
97            
98 //_____________________________________________________________________________
99 AliTRDtrack::AliTRDtrack(const AliTRDtrack& t) : AliKalmanTrack(t) {
100   //
101   // Copy constructor.
102   //
103
104   SetLabel(t.GetLabel());
105   fSeedLab=t.GetSeedLabel();
106
107   SetChi2(t.GetChi2());
108   fdEdx=t.fdEdx;
109
110   fAlpha=t.fAlpha;
111   fX=t.fX;
112
113   fY=t.fY; fZ=t.fZ; fC=t.fC; fE=t.fE; fT=t.fT;
114
115   fCyy=t.fCyy;
116   fCzy=t.fCzy;  fCzz=t.fCzz;
117   fCcy=t.fCcy;  fCcz=t.fCcz;  fCcc=t.fCcc;
118   fCey=t.fCey;  fCez=t.fCez;  fCec=t.fCec;  fCee=t.fCee;
119   fCty=t.fCty;  fCtz=t.fCtz;  fCtc=t.fCtc;  fCte=t.fCte;  fCtt=t.fCtt;
120
121   Int_t n=t.GetNumberOfClusters(); 
122   SetNumberOfClusters(n);
123   for (Int_t i=0; i<n; i++) {
124     fIndex[i]=t.fIndex[i];
125     fdQdl[i]=t.fdQdl[i];
126   }
127 }                                
128
129 //_____________________________________________________________________________
130 AliTRDtrack::AliTRDtrack(const AliKalmanTrack& t, Double_t alpha) {
131   //
132   // Constructor from AliTPCtrack or AliITStrack .
133   //
134
135   SetLabel(t.GetLabel());
136   SetChi2(0.);
137   SetNumberOfClusters(0);
138
139   fdEdx=0;
140
141   fAlpha = alpha;
142   if      (fAlpha < -TMath::Pi()) fAlpha += 2*TMath::Pi();
143   else if (fAlpha >= TMath::Pi()) fAlpha -= 2*TMath::Pi();
144
145   Double_t x, p[5]; t.GetExternalParameters(x,p);
146
147   fX=x;
148
149   x = GetConvConst();  
150
151   fY=p[0]; fZ=p[1]; fC=p[4]/x;
152   fE=fX*fC-p[2]; fT=p[3];
153
154   //Conversion of the covariance matrix
155   Double_t c[15]; t.GetExternalCovariance(c);
156
157   c[10]/=x; c[11]/=x; c[12]/=x; c[13]/=x; c[14]/=x*x;
158
159   Double_t c22=fX*fX*c[14] - 2*fX*c[12] + c[5];
160   Double_t c32=fX*c[13] - c[8];
161   Double_t c20=fX*c[10] - c[3], c21=fX*c[11] - c[4], c42=fX*c[14] - c[12];
162
163   fCyy=c[0 ];
164   fCzy=c[1 ];   fCzz=c[2 ];
165   fCcy=c[10];   fCcz=c[11];   fCcc=c[14];
166   fCey=c20;     fCez=c21;     fCec=c42;     fCee=c22;
167   fCty=c[6 ];   fCtz=c[7 ];   fCtc=c[13];   fCte=c32;   fCtt=c[9 ];
168
169 }              
170
171 //____________________________________________________________________________
172 void AliTRDtrack::GetExternalParameters(Double_t& xr, Double_t x[5]) const {
173   //
174   // This function returns external TRD track representation
175   //
176      xr=fX;
177      x[0]=GetY();
178      x[1]=GetZ();
179      x[2]=GetSnp();
180      x[3]=GetTgl();
181      x[4]=fC*GetConvConst();
182 }           
183
184 //_____________________________________________________________________________
185 void AliTRDtrack::GetExternalCovariance(Double_t cc[15]) const {
186   //
187   // This function returns external representation of the covriance matrix.
188   //
189   Double_t a=GetConvConst();
190
191   Double_t c22=fX*fX*fCcc-2*fX*fCec+fCee;
192   Double_t c32=fX*fCtc-fCte;
193   Double_t c20=fX*fCcy-fCey, c21=fX*fCcz-fCez, c42=fX*fCcc-fCec;
194
195   cc[0 ]=fCyy;
196   cc[1 ]=fCzy;   cc[2 ]=fCzz;
197   cc[3 ]=c20;    cc[4 ]=c21;    cc[5 ]=c22;
198   cc[6 ]=fCty;   cc[7 ]=fCtz;   cc[8 ]=c32;   cc[9 ]=fCtt;
199   cc[10]=fCcy*a; cc[11]=fCcz*a; cc[12]=c42*a; cc[13]=fCtc*a; cc[14]=fCcc*a*a;
200 }               
201                        
202
203 //_____________________________________________________________________________
204 void AliTRDtrack::GetCovariance(Double_t cc[15]) const {
205   cc[0]=fCyy;
206   cc[1]=fCzy;  cc[2]=fCzz;
207   cc[3]=fCcy;  cc[4]=fCcz;  cc[5]=fCcc;
208   cc[6]=fCey;  cc[7]=fCez;  cc[8]=fCec;  cc[9]=fCee;
209   cc[10]=fCty; cc[11]=fCtz; cc[12]=fCtc; cc[13]=fCte; cc[14]=fCtt;
210 }    
211
212 //_____________________________________________________________________________
213 Int_t AliTRDtrack::Compare(const TObject *o) const {
214
215 // Compares tracks according to their Y2 or curvature
216
217   AliTRDtrack *t=(AliTRDtrack*)o;
218   //  Double_t co=t->GetSigmaY2();
219   //  Double_t c =GetSigmaY2();
220
221   Double_t co=TMath::Abs(t->GetC());
222   Double_t c =TMath::Abs(GetC());  
223
224   if (c>co) return 1;
225   else if (c<co) return -1;
226   return 0;
227 }                
228
229 //_____________________________________________________________________________
230 void AliTRDtrack::CookdEdx(Double_t low, Double_t up) {
231   //-----------------------------------------------------------------
232   // Calculates dE/dX within the "low" and "up" cuts.
233   //-----------------------------------------------------------------
234
235   Int_t i;
236   Int_t nc=GetNumberOfClusters(); 
237
238   Float_t sorted[kMAX_CLUSTERS_PER_TRACK];
239   for (i=0; i < nc; i++) {
240     sorted[i]=fdQdl[i];
241   }
242
243   Int_t swap; 
244
245   do {
246     swap=0;
247     for (i=0; i<nc-1; i++) {
248       if (sorted[i]<=sorted[i+1]) continue;
249       Float_t tmp=sorted[i];
250       sorted[i]=sorted[i+1]; sorted[i+1]=tmp;
251       swap++;
252     }
253   } while (swap);
254
255   Int_t nl=Int_t(low*nc), nu=Int_t(up*nc);
256   Float_t dedx=0;
257   for (i=nl; i<=nu; i++) dedx += sorted[i];
258   dedx /= (nu-nl+1);
259
260   SetdEdx(dedx);
261 }                     
262
263
264
265 //_____________________________________________________________________________
266 Int_t AliTRDtrack::PropagateTo(Double_t xk,Double_t x0,Double_t rho,Double_t pm)
267 {
268   // Propagates a track of particle with mass=pm to a reference plane 
269   // defined by x=xk through media of density=rho and radiationLength=x0
270
271   
272   if (TMath::Abs(fC*xk - fE) >= 0.99999) {
273     Int_t n=GetNumberOfClusters(); 
274     if (n>4) cerr<<n<<" AliTRDtrack warning: Propagation failed !\n";
275     return 0;
276   }
277
278   Double_t x1=fX, x2=x1+(xk-x1), dx=x2-x1, y1=fY, z1=fZ;
279   Double_t c1=fC*x1 - fE;
280   if((c1*c1) > 1) return 0;
281   Double_t r1=sqrt(1.- c1*c1);
282   Double_t c2=fC*x2 - fE;
283   if((c2*c2) > 1) return 0;
284   Double_t r2=sqrt(1.- c2*c2);
285
286   fY += dx*(c1+c2)/(r1+r2);
287   fZ += dx*(c1+c2)/(c1*r2 + c2*r1)*fT;
288
289   //f = F - 1
290   Double_t rr=r1+r2, cc=c1+c2, xx=x1+x2;
291   Double_t f02= dx*(rr*xx + cc*(c1*x1/r1+c2*x2/r2))/(rr*rr);
292   Double_t f03=-dx*(2*rr + cc*(c1/r1 + c2/r2))/(rr*rr);
293   Double_t cr=c1*r2+c2*r1;
294   Double_t f12= dx*fT*(cr*xx-cc*(r1*x2-c2*c1*x1/r1+r2*x1-c1*c2*x2/r2))/(cr*cr);
295   Double_t f13=-dx*fT*(2*cr + cc*(c2*c1/r1-r1 + c1*c2/r2-r2))/(cr*cr);
296   Double_t f14= dx*cc/cr;
297
298   //b = C*ft
299   Double_t b00=f02*fCcy + f03*fCey, b01=f12*fCcy + f13*fCey + f14*fCty;
300   Double_t b10=f02*fCcz + f03*fCez, b11=f12*fCcz + f13*fCez + f14*fCtz;
301   Double_t b20=f02*fCcc + f03*fCec, b21=f12*fCcc + f13*fCec + f14*fCtc;
302   Double_t b30=f02*fCec + f03*fCee, b31=f12*fCec + f13*fCee + f14*fCte;
303   Double_t b40=f02*fCtc + f03*fCte, b41=f12*fCtc + f13*fCte + f14*fCtt;
304
305   //a = f*b = f*C*ft
306   Double_t a00=f02*b20+f03*b30,a01=f02*b21+f03*b31,a11=f12*b21+f13*b31+f14*b41;
307
308   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
309   fCyy += a00 + 2*b00;
310   fCzy += a01 + b01 + b10;
311   fCcy += b20;
312   fCey += b30;
313   fCty += b40;
314   fCzz += a11 + 2*b11;
315   fCcz += b21;
316   fCez += b31;
317   fCtz += b41;                  
318
319   fX=x2;
320
321
322   //Multiple scattering  ******************
323
324   Double_t d=sqrt((x1-fX)*(x1-fX)+(y1-fY)*(y1-fY)+(z1-fZ)*(z1-fZ));
325   Double_t p2=GetPt()*GetPt()*(1.+fT*fT);
326   p2 = TMath::Min(p2,1e+08);  // to avoid division by (1-1) for stiff tracks
327   Double_t beta2=p2/(p2 + pm*pm);
328
329   Double_t ey=fC*fX - fE, ez=fT;
330   Double_t xz=fC*ez, zz1=ez*ez+1, xy=fE+ey;
331
332   Double_t theta2=14.1*14.1/(beta2*p2*1e6)*d/x0*rho;
333   fCcc += xz*xz*theta2;
334   fCec += xz*ez*xy*theta2;
335   fCtc += xz*zz1*theta2;
336   fCee += (2*ey*ez*ez*fE+1-ey*ey+ez*ez+fE*fE*ez*ez)*theta2;
337   fCte += ez*zz1*xy*theta2;
338   fCtt += zz1*zz1*theta2;
339
340
341   //Energy losses************************
342   if (x1 < x2) d=-d;
343   Double_t dE=0.153e-3/beta2*(log(5940*beta2/(1-beta2)) - beta2)*d*rho;
344   //PH  SetLength(GetLength()+d);
345
346   cc = fC;
347   fC*=(1.- sqrt(p2+pm*pm)/p2*dE);
348   fE+=fX*(fC-cc);
349
350   return 1;        
351
352 }     
353
354 //_____________________________________________________________________________
355 Int_t AliTRDtrack::Update(const AliTRDcluster *c, Double_t chisq, UInt_t index)
356 {
357   // Assignes found cluster to the track and updates track information
358
359   Double_t r00=c->GetSigmaY2(), r01=0., r11=c->GetSigmaZ2();
360   r00+=fCyy; r01+=fCzy; r11+=fCzz;
361   Double_t det=r00*r11 - r01*r01;
362   Double_t tmp=r00; r00=r11/det; r11=tmp/det; r01=-r01/det;
363
364   Double_t k00=fCyy*r00+fCzy*r01, k01=fCyy*r01+fCzy*r11;
365   Double_t k10=fCzy*r00+fCzz*r01, k11=fCzy*r01+fCzz*r11;
366   Double_t k20=fCcy*r00+fCcz*r01, k21=fCcy*r01+fCcz*r11;
367   Double_t k30=fCey*r00+fCez*r01, k31=fCey*r01+fCez*r11;
368   Double_t k40=fCty*r00+fCtz*r01, k41=fCty*r01+fCtz*r11;
369
370   Double_t dy=c->GetY() - fY, dz=c->GetZ() - fZ;
371   Double_t cur=fC + k20*dy + k21*dz, eta=fE + k30*dy + k31*dz;
372   if (TMath::Abs(cur*fX-eta) >= 0.99999) {
373     Int_t n=GetNumberOfClusters(); 
374     if (n>4) cerr<<n<<" AliTRDtrack warning: Filtering failed !\n";
375     return 0;
376   }
377
378   fY += k00*dy + k01*dz;
379   fZ += k10*dy + k11*dz;
380   fC  = cur;
381   fE  = eta;
382   fT += k40*dy + k41*dz;
383
384   Double_t c01=fCzy, c02=fCcy, c03=fCey, c04=fCty;
385   Double_t c12=fCcz, c13=fCez, c14=fCtz;
386
387   fCyy-=k00*fCyy+k01*fCzy; fCzy-=k00*c01+k01*fCzz;
388   fCcy-=k00*c02+k01*c12; fCey-=k00*c03+k01*c13;
389   fCty-=k00*c04+k01*c14;
390
391   fCzz-=k10*c01+k11*fCzz;
392   fCcz-=k10*c02+k11*c12; fCez-=k10*c03+k11*c13;
393   fCtz-=k10*c04+k11*c14;
394
395   fCcc-=k20*c02+k21*c12; fCec-=k20*c03+k21*c13;
396   fCtc-=k20*c04+k21*c14;
397
398   fCee-=k30*c03+k31*c13;
399   fCte-=k30*c04+k31*c14;        
400
401   fCtt-=k40*c04+k41*c14;
402
403   Int_t n=GetNumberOfClusters();  
404   fIndex[n]=index;
405   SetNumberOfClusters(n+1);  
406
407   SetChi2(GetChi2()+chisq); 
408   //  cerr<<"in update: fIndex["<<fN<<"] = "<<index<<endl;
409
410   return 1;
411 }                     
412
413 //_____________________________________________________________________________
414 Int_t AliTRDtrack::Rotate(Double_t alpha)
415 {
416   // Rotates track parameters in R*phi plane
417
418   fAlpha += alpha;
419
420   Double_t x1=fX, y1=fY;
421   Double_t ca=cos(alpha), sa=sin(alpha);
422   Double_t r1=fC*fX - fE;
423
424   if (TMath::Abs(r1) >= 0.99999) {
425     Int_t n=GetNumberOfClusters(); 
426     if (n>4) cerr<<n<<" AliTRDtrack warning: Rotation failed !\n";
427     return 0;
428   }
429
430   fX = x1*ca + y1*sa;
431   fY=-x1*sa + y1*ca;
432   fE=fE*ca + (fC*y1 + sqrt(1.- r1*r1))*sa;
433
434   Double_t r2=fC*fX - fE;
435   if (TMath::Abs(r2) >= 0.99999) {
436     Int_t n=GetNumberOfClusters(); 
437     if (n>4) cerr<<n<<" AliTRDtrack warning: Rotation failed !\n";
438     return 0;
439   }
440
441   Double_t y0=fY + sqrt(1.- r2*r2)/fC;
442   if ((fY-y0)*fC >= 0.) {
443     Int_t n=GetNumberOfClusters(); 
444     if (n>4) cerr<<n<<" AliTRDtrack warning: Rotation failed !!!\n";
445     return 0;
446   }
447
448   //f = F - 1
449   Double_t f00=ca-1,    f32=(y1 - r1*x1/sqrt(1.- r1*r1))*sa,
450            f30=fC*sa, f33=(ca + sa*r1/sqrt(1.- r1*r1))-1;
451
452   //b = C*ft
453   Double_t b00=fCyy*f00, b03=fCyy*f30+fCcy*f32+fCey*f33;
454   Double_t b10=fCzy*f00, b13=fCzy*f30+fCcz*f32+fCez*f33;
455   Double_t b20=fCcy*f00, b23=fCcy*f30+fCcc*f32+fCec*f33;
456   Double_t b30=fCey*f00, b33=fCey*f30+fCec*f32+fCee*f33;
457   Double_t b40=fCty*f00, b43=fCty*f30+fCtc*f32+fCte*f33;
458
459   //a = f*b = f*C*ft
460   Double_t a00=f00*b00, a03=f00*b03, a33=f30*b03+f32*b23+f33*b33;
461
462   // *** Double_t dy2=fCyy;  
463           
464   //F*C*Ft = C + (a + b + bt)
465   fCyy += a00 + 2*b00;
466   fCzy += b10;
467   fCcy += b20;
468   fCey += a03+b30+b03;
469   fCty += b40;
470   fCez += b13;
471   fCec += b23;
472   fCee += a33 + 2*b33;
473   fCte += b43;
474
475   // *** fCyy+=dy2*sa*sa*r1*r1/(1.- r1*r1);
476   // *** fCzz+=d2y*sa*sa*fT*fT/(1.- r1*r1);   
477
478   return 1;
479 }                         
480
481
482 //_____________________________________________________________________________
483 Double_t AliTRDtrack::GetPredictedChi2(const AliTRDcluster *c) const
484 {
485   /*
486   Double_t r00=c->GetSigmaY2(), r01=0., r11=c->GetSigmaZ2();
487   r00+=fCyy; r01+=fCzy; r11+=fCzz;
488
489   Double_t det=r00*r11 - r01*r01;
490   if (TMath::Abs(det) < 1.e-10) {
491     if (fN>4) cerr<<fN<<" AliTRDtrack warning: Singular matrix !\n";
492     return 1e10;
493   }
494   Double_t tmp=r00; r00=r11; r11=tmp; r01=-r01;
495
496   Double_t dy=c->GetY() - fY, dz=c->GetZ() - fZ;
497
498   return (dy*r00*dy + 2*r01*dy*dz + dz*r11*dz)/det;  
499   */
500
501   Double_t dy=c->GetY() - fY;
502   Double_t r00=c->GetSigmaY2();
503
504   return (dy*dy)/r00;
505
506 }            
507
508
509 //_________________________________________________________________________
510 void AliTRDtrack::GetPxPyPz(Double_t& px, Double_t& py, Double_t& pz) const
511 {
512   // Returns reconstructed track momentum in the global system.
513
514   Double_t pt=TMath::Abs(GetPt()); // GeV/c
515   Double_t r=fC*fX-fE;
516
517   Double_t y0; 
518   if(r > 1) { py = pt; px = 0; }
519   else if(r < -1) { py = -pt; px = 0; }
520   else {
521     y0=fY + sqrt(1.- r*r)/fC;  
522     px=-pt*(fY-y0)*fC;    //cos(phi);
523     py=-pt*(fE-fX*fC);   //sin(phi);
524   }
525   pz=pt*fT;
526   Double_t tmp=px*TMath::Cos(fAlpha) - py*TMath::Sin(fAlpha);
527   py=px*TMath::Sin(fAlpha) + py*TMath::Cos(fAlpha);
528   px=tmp;            
529
530 }                                
531
532 //_________________________________________________________________________
533 void AliTRDtrack::GetGlobalXYZ(Double_t& x, Double_t& y, Double_t& z) const
534 {
535   // Returns reconstructed track coordinates in the global system.
536
537   x = fX; y = fY; z = fZ; 
538   Double_t tmp=x*TMath::Cos(fAlpha) - y*TMath::Sin(fAlpha);
539   y=x*TMath::Sin(fAlpha) + y*TMath::Cos(fAlpha);
540   x=tmp;            
541
542 }                                
543
544 //_________________________________________________________________________
545 void AliTRDtrack::ResetCovariance() {
546   //
547   // Resets covariance matrix
548   //
549
550   fCyy*=10.;
551   fCzy=0.;   fCzz*=10.;
552   fCcy=0.;   fCcz=0.;   fCcc*=10.;
553   fCey=0.;   fCez=0.;   fCec=0.;   fCee*=10.;
554   fCty=0.;   fCtz=0.;   fCtc=0.;   fCte=0.;   fCtt*=10.;
555
556 }