Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube
IceCube, a cubic-kilometer array of optical sensors built to detect atmospheric and astrophysical neutrinos between 1 GeV and 1 PeV, is deployed 1.45 km to 2.45 km below the surface of the ice sheet at the South Pole. The classification and reconstruction of events from the in-ice detectors play a c...
Published in: | Journal of Instrumentation |
---|---|
Main Authors: | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , |
Other Authors: | , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , |
Format: | Article in Journal/Newspaper |
Language: | English |
Published: |
Institute of Physics
2022
|
Subjects: | |
Online Access: | https://hdl.handle.net/11577/3468095 https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/P11003 |
id |
ftunivpadovairis:oai:www.research.unipd.it:11577/3468095 |
---|---|
record_format |
openpolar |
institution |
Open Polar |
collection |
Padua Research Archive (IRIS - Università degli Studi di Padova) |
op_collection_id |
ftunivpadovairis |
language |
English |
topic |
Analysis and statistical method Data analysi Neutrino detector Particle identification methods |
spellingShingle |
Analysis and statistical method Data analysi Neutrino detector Particle identification methods Abbasi R. Ackermann M. Adams J. Aggarwal N. Aguilar J. Ahlers M. Ahrens M. Alameddine J. Alves A. Amin N. Andeen K. Anderson T. Anton G. Arguelles C. Ashida Y. Athanasiadou S. Axani S. Bai X. BalagopalV A. Baricevic M. Barwick S. Basu V. Bay R. Beatty J. Becker K. -H. BeckerTjus J. Beise J. Bellenghi C. Benda S. BenZvi S. Berley D. Bernardini E. Besson D. Binder G. Bindig D. Blaufuss E. Blot S. Bontempo F. Book J. Borowka J. BoscoloMeneguolo C. Boser S. Botner O. Bottcher J. Bourbeau E. Braun J. Brinson B. Brostean-Kaiser J. Burley R. Busse R. Campana M. Carnie-Bronca E. Chen C. Chen Z. Chirkin D. Choi K. Clark B. Classen L. Coleman A. Collin G. Connolly A. Conrad J. Coppin P. Correa P. Countryman S. Cowen D. Cross R. Dappen C. Dave P. DeClercq C. DeLaunay J. DelgadoLopez D. Dembinski H. Deoskar K. Desai A. Desiati P. deVries K. deWasseige G. DeYoung T. Diaz A. Diaz-Velez J. Dittmer M. Dujmovic H. DuVernois M. Ehrhardt T. Eller P. Engel R. Erpenbeck H. Evans J. Evenson P. Fan K. Fazely A. Fedynitch A. Feigl N. Fiedlschuster S. Fienberg A. Finley C. Fischer L. Fox D. Franckowiak A. Friedman E. Fritz A. Furst P. Gaisser T. Gallagher J. Ganster E. Garcia A. Garrappa S. Gerhardt L. Ghadimi A. Glaser C. Glauch T. Glusenkamp T. Goehlke N. Gonzalez J. Goswami S. Grant D. Gray S. Gregoire T. Griswold S. Gunther C. Gutjahr P. Haack C. Hallgren A. Halliday R. Halve L. Halzen F. Hamdaoui H. HaMinh M. Hanson K. Hardin J. Harnisch A. Hatch P. Haungs A. Helbing K. Hellrung J. Henningsen F. Heuermann L. Hickford S. Hill C. Hill G. Hoffman K. Hoshina K. Hou W. Huber T. Hultqvist K. Hunnefeld M. Hussain R. Hymon K. In S. Iovine N. Ishihara A. Jansson M. Japaridze G. Jeong M. Jin M. Jones B. Kang D. Kang W. Kang X. Kappes A. Kappesser D. Kardum L. Karg T. Karl M. Karle A. Katz U. Kauer M. Kelley J. Kheirandish A. Kin K. Kiryluk J. Klein S. Kochocki A. Koirala R. Kolanoski H. Kontrimas T. Kopke L. Kopper C. Koskinen D. Koundal P. Kovacevich M. Kowalski M. Kozynets T. Krupczak E. Kun E. Kurahashi N. Lad N. LagunasGualda C. Larson M. Lauber F. Lazar J. Lee J. Leonard K. Leszczynska A. Lincetto M. Liu Q. Liubarska M. Lohfink E. Love C. LozanoMariscal C. Lu L. Lucarelli F. Ludwig A. Luszczak W. Lyu Y. Ma W. Madsen J. Mahn K. Makino Y. Mancina S. MarieSainte W. Maris I. Marka S. Marka Z. Marsee M. Martinez-Soler I. Maruyama R. McElroy T. McNally F. Mead J. Meagher K. Mechbal S. Medina A. Meier M. Meighen-Berger S. Merckx Y. Micallef J. Mockler D. Montaruli T. Moore R. Morse R. Moulai M. Mukherjee T. Naab R. Nagai R. Naumann U. Nayerhoda A. Necker J. Neumann M. Niederhausen H. Nisa M. Nowicki S. ObertackePollmann A. Oehler M. Oeyen B. Olivas A. Orsoe R. Osborn J. O'Sullivan E. Pandya H. Pankova D. Park N. Parker G. Paudel E. Paul L. PerezdelosHeros C. Peters L. Petersen T. Peterson J. Philippen S. Pieper S. Pizzuto A. Plum M. Popovych Y. Porcelli A. PradoRodriguez M. Pries B. Procter-Murphy R. Przybylski G. Raab C. Rack-Helleis J. Rameez M. Rawlins K. Rechav Z. Rehman A. Reichherzer P. Renzi G. Resconi E. Reusch S. Rhode W. Richman M. Riedel B. Roberts E. Robertson S. Rodan S. Roellinghoff G. Rongen M. Rott C. Ruhe T. Ruohan L. Ryckbosch D. RysewykCantu D. Safa I. Saffer J. Salazar-Gallegos D. Sampathkumar P. SanchezHerrera S. Sandrock A. Santander M. Sarkar S. Schaufel M. Schieler H. Schindler S. Schlueter B. Schmidt T. Schneider J. Schroder F. Schumacher L. Schwefer G. Sclafani S. Seckel D. Seunarine S. Sharma A. Shefali S. Shimizu N. Silva M. Skrzypek B. Smithers B. Snihur R. Soedingrekso J. Sogaard A. Soldin D. Spannfellner C. Spiczak G. Spiering C. Stamatikos M. Stanev T. Stein R. Stezelberger T. Sturwald T. Stuttard T. Sullivan G. Taboada I. Ter-Antonyan S. Thompson W. Thwaites J. Tilav S. Tollefson K. Tonnis C. Toscano S. Tosi D. Trettin A. Tung C. Turcotte R. Twagirayezu J. Ty B. UnlandElorrieta M. Upshaw K. Valtonen-Mattila N. Vandenbroucke J. vanEijndhoven N. Vannerom D. vanSanten J. Vara J. Veitch-Michaelis J. Verpoest S. Veske D. Walck C. Wang W. Watson T. Weaver C. Weigel P. Weindl A. Weldert J. Wendt C. Werthebach J. Weyrauch M. Whitehorn N. Wiebusch C. Willey N. Williams D. Wolf M. Wrede G. Wulff J. Xu X. Yanez J. Yildizci E. Yoshida S. Yu S. Yuan T. Zhang Z. Zhelnin P. Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
topic_facet |
Analysis and statistical method Data analysi Neutrino detector Particle identification methods |
description |
IceCube, a cubic-kilometer array of optical sensors built to detect atmospheric and astrophysical neutrinos between 1 GeV and 1 PeV, is deployed 1.45 km to 2.45 km below the surface of the ice sheet at the South Pole. The classification and reconstruction of events from the in-ice detectors play a central role in the analysis of data from IceCube. Reconstructing and classifying events is a challenge due to the irregular detector geometry, inhomogeneous scattering and absorption of light in the ice and, below 100 GeV, the relatively low number of signal photons produced per event. To address this challenge, it is possible to represent IceCube events as point cloud graphs and use a Graph Neural Network (GNN) as the classification and reconstruction method. The GNN is capable of distinguishing neutrino events from cosmic-ray backgrounds, classifying different neutrino event types, and reconstructing the deposited energy, direction and interaction vertex. Based on simulation, we provide a comparison in the 1 GeV-100 GeV energy range to the current state-of-the-art maximum likelihood techniques used in current IceCube analyses, including the effects of known systematic uncertainties. For neutrino event classification, the GNN increases the signal efficiency by 18% at a fixed background rate, compared to current IceCube methods. Alternatively, the GNN offers a reduction of the background (i.e. false positive) rate by over a factor 8 (to below half a percent) at a fixed signal efficiency. For the reconstruction of energy, direction, and interaction vertex, the resolution improves by an average of 13%-20% compared to current maximum likelihood techniques in the energy range of 1 GeV-30 GeV. The GNN, when run on a GPU, is capable of processing IceCube events at a rate nearly double of the median IceCube trigger rate of 2.7 kHz, which opens the possibility of using low energy neutrinos in online searches for transient events. |
author2 |
Abbasi, R. Ackermann, M. Adams, J. Aggarwal, N. Aguilar, J. Ahlers, M. Ahrens, M. Alameddine, J. Alves, A. Amin, N. Andeen, K. Anderson, T. Anton, G. Arguelles, C. Ashida, Y. Athanasiadou, S. Axani, S. Bai, X. Balagopalv, A. Baricevic, M. Barwick, S. Basu, V. Bay, R. Beatty, J. Becker, K. -H. Beckertjus, J. Beise, J. Bellenghi, C. Benda, S. Benzvi, S. Berley, D. Bernardini, E. Besson, D. Binder, G. Bindig, D. Blaufuss, E. Blot, S. Bontempo, F. Book, J. Borowka, J. Boscolomeneguolo, C. Boser, S. Botner, O. Bottcher, J. Bourbeau, E. Braun, J. Brinson, B. Brostean-Kaiser, J. Burley, R. Busse, R. |
format |
Article in Journal/Newspaper |
author |
Abbasi R. Ackermann M. Adams J. Aggarwal N. Aguilar J. Ahlers M. Ahrens M. Alameddine J. Alves A. Amin N. Andeen K. Anderson T. Anton G. Arguelles C. Ashida Y. Athanasiadou S. Axani S. Bai X. BalagopalV A. Baricevic M. Barwick S. Basu V. Bay R. Beatty J. Becker K. -H. BeckerTjus J. Beise J. Bellenghi C. Benda S. BenZvi S. Berley D. Bernardini E. Besson D. Binder G. Bindig D. Blaufuss E. Blot S. Bontempo F. Book J. Borowka J. BoscoloMeneguolo C. Boser S. Botner O. Bottcher J. Bourbeau E. Braun J. Brinson B. Brostean-Kaiser J. Burley R. Busse R. Campana M. Carnie-Bronca E. Chen C. Chen Z. Chirkin D. Choi K. Clark B. Classen L. Coleman A. Collin G. Connolly A. Conrad J. Coppin P. Correa P. Countryman S. Cowen D. Cross R. Dappen C. Dave P. DeClercq C. DeLaunay J. DelgadoLopez D. Dembinski H. Deoskar K. Desai A. Desiati P. deVries K. deWasseige G. DeYoung T. Diaz A. Diaz-Velez J. Dittmer M. Dujmovic H. DuVernois M. Ehrhardt T. Eller P. Engel R. Erpenbeck H. Evans J. Evenson P. Fan K. Fazely A. Fedynitch A. Feigl N. Fiedlschuster S. Fienberg A. Finley C. Fischer L. Fox D. Franckowiak A. Friedman E. Fritz A. Furst P. Gaisser T. Gallagher J. Ganster E. Garcia A. Garrappa S. Gerhardt L. Ghadimi A. Glaser C. Glauch T. Glusenkamp T. Goehlke N. Gonzalez J. Goswami S. Grant D. Gray S. Gregoire T. Griswold S. Gunther C. Gutjahr P. Haack C. Hallgren A. Halliday R. Halve L. Halzen F. Hamdaoui H. HaMinh M. Hanson K. Hardin J. Harnisch A. Hatch P. Haungs A. Helbing K. Hellrung J. Henningsen F. Heuermann L. Hickford S. Hill C. Hill G. Hoffman K. Hoshina K. Hou W. Huber T. Hultqvist K. Hunnefeld M. Hussain R. Hymon K. In S. Iovine N. Ishihara A. Jansson M. Japaridze G. Jeong M. Jin M. Jones B. Kang D. Kang W. Kang X. Kappes A. Kappesser D. Kardum L. Karg T. Karl M. Karle A. Katz U. Kauer M. Kelley J. Kheirandish A. Kin K. Kiryluk J. Klein S. Kochocki A. Koirala R. Kolanoski H. Kontrimas T. Kopke L. Kopper C. Koskinen D. Koundal P. Kovacevich M. Kowalski M. Kozynets T. Krupczak E. Kun E. Kurahashi N. Lad N. LagunasGualda C. Larson M. Lauber F. Lazar J. Lee J. Leonard K. Leszczynska A. Lincetto M. Liu Q. Liubarska M. Lohfink E. Love C. LozanoMariscal C. Lu L. Lucarelli F. Ludwig A. Luszczak W. Lyu Y. Ma W. Madsen J. Mahn K. Makino Y. Mancina S. MarieSainte W. Maris I. Marka S. Marka Z. Marsee M. Martinez-Soler I. Maruyama R. McElroy T. McNally F. Mead J. Meagher K. Mechbal S. Medina A. Meier M. Meighen-Berger S. Merckx Y. Micallef J. Mockler D. Montaruli T. Moore R. Morse R. Moulai M. Mukherjee T. Naab R. Nagai R. Naumann U. Nayerhoda A. Necker J. Neumann M. Niederhausen H. Nisa M. Nowicki S. ObertackePollmann A. Oehler M. Oeyen B. Olivas A. Orsoe R. Osborn J. O'Sullivan E. Pandya H. Pankova D. Park N. Parker G. Paudel E. Paul L. PerezdelosHeros C. Peters L. Petersen T. Peterson J. Philippen S. Pieper S. Pizzuto A. Plum M. Popovych Y. Porcelli A. PradoRodriguez M. Pries B. Procter-Murphy R. Przybylski G. Raab C. Rack-Helleis J. Rameez M. Rawlins K. Rechav Z. Rehman A. Reichherzer P. Renzi G. Resconi E. Reusch S. Rhode W. Richman M. Riedel B. Roberts E. Robertson S. Rodan S. Roellinghoff G. Rongen M. Rott C. Ruhe T. Ruohan L. Ryckbosch D. RysewykCantu D. Safa I. Saffer J. Salazar-Gallegos D. Sampathkumar P. SanchezHerrera S. Sandrock A. Santander M. Sarkar S. Schaufel M. Schieler H. Schindler S. Schlueter B. Schmidt T. Schneider J. Schroder F. Schumacher L. Schwefer G. Sclafani S. Seckel D. Seunarine S. Sharma A. Shefali S. Shimizu N. Silva M. Skrzypek B. Smithers B. Snihur R. Soedingrekso J. Sogaard A. Soldin D. Spannfellner C. Spiczak G. Spiering C. Stamatikos M. Stanev T. Stein R. Stezelberger T. Sturwald T. Stuttard T. Sullivan G. Taboada I. Ter-Antonyan S. Thompson W. Thwaites J. Tilav S. Tollefson K. Tonnis C. Toscano S. Tosi D. Trettin A. Tung C. Turcotte R. Twagirayezu J. Ty B. UnlandElorrieta M. Upshaw K. Valtonen-Mattila N. Vandenbroucke J. vanEijndhoven N. Vannerom D. vanSanten J. Vara J. Veitch-Michaelis J. Verpoest S. Veske D. Walck C. Wang W. Watson T. Weaver C. Weigel P. Weindl A. Weldert J. Wendt C. Werthebach J. Weyrauch M. Whitehorn N. Wiebusch C. Willey N. Williams D. Wolf M. Wrede G. Wulff J. Xu X. Yanez J. Yildizci E. Yoshida S. Yu S. Yuan T. Zhang Z. Zhelnin P. |
author_facet |
Abbasi R. Ackermann M. Adams J. Aggarwal N. Aguilar J. Ahlers M. Ahrens M. Alameddine J. Alves A. Amin N. Andeen K. Anderson T. Anton G. Arguelles C. Ashida Y. Athanasiadou S. Axani S. Bai X. BalagopalV A. Baricevic M. Barwick S. Basu V. Bay R. Beatty J. Becker K. -H. BeckerTjus J. Beise J. Bellenghi C. Benda S. BenZvi S. Berley D. Bernardini E. Besson D. Binder G. Bindig D. Blaufuss E. Blot S. Bontempo F. Book J. Borowka J. BoscoloMeneguolo C. Boser S. Botner O. Bottcher J. Bourbeau E. Braun J. Brinson B. Brostean-Kaiser J. Burley R. Busse R. Campana M. Carnie-Bronca E. Chen C. Chen Z. Chirkin D. Choi K. Clark B. Classen L. Coleman A. Collin G. Connolly A. Conrad J. Coppin P. Correa P. Countryman S. Cowen D. Cross R. Dappen C. Dave P. DeClercq C. DeLaunay J. DelgadoLopez D. Dembinski H. Deoskar K. Desai A. Desiati P. deVries K. deWasseige G. DeYoung T. Diaz A. Diaz-Velez J. Dittmer M. Dujmovic H. DuVernois M. Ehrhardt T. Eller P. Engel R. Erpenbeck H. Evans J. Evenson P. Fan K. Fazely A. Fedynitch A. Feigl N. Fiedlschuster S. Fienberg A. Finley C. Fischer L. Fox D. Franckowiak A. Friedman E. Fritz A. Furst P. Gaisser T. Gallagher J. Ganster E. Garcia A. Garrappa S. Gerhardt L. Ghadimi A. Glaser C. Glauch T. Glusenkamp T. Goehlke N. Gonzalez J. Goswami S. Grant D. Gray S. Gregoire T. Griswold S. Gunther C. Gutjahr P. Haack C. Hallgren A. Halliday R. Halve L. Halzen F. Hamdaoui H. HaMinh M. Hanson K. Hardin J. Harnisch A. Hatch P. Haungs A. Helbing K. Hellrung J. Henningsen F. Heuermann L. Hickford S. Hill C. Hill G. Hoffman K. Hoshina K. Hou W. Huber T. Hultqvist K. Hunnefeld M. Hussain R. Hymon K. In S. Iovine N. Ishihara A. Jansson M. Japaridze G. Jeong M. Jin M. Jones B. Kang D. Kang W. Kang X. Kappes A. Kappesser D. Kardum L. Karg T. Karl M. Karle A. Katz U. Kauer M. Kelley J. Kheirandish A. Kin K. Kiryluk J. Klein S. Kochocki A. Koirala R. Kolanoski H. Kontrimas T. Kopke L. Kopper C. Koskinen D. Koundal P. Kovacevich M. Kowalski M. Kozynets T. Krupczak E. Kun E. Kurahashi N. Lad N. LagunasGualda C. Larson M. Lauber F. Lazar J. Lee J. Leonard K. Leszczynska A. Lincetto M. Liu Q. Liubarska M. Lohfink E. Love C. LozanoMariscal C. Lu L. Lucarelli F. Ludwig A. Luszczak W. Lyu Y. Ma W. Madsen J. Mahn K. Makino Y. Mancina S. MarieSainte W. Maris I. Marka S. Marka Z. Marsee M. Martinez-Soler I. Maruyama R. McElroy T. McNally F. Mead J. Meagher K. Mechbal S. Medina A. Meier M. Meighen-Berger S. Merckx Y. Micallef J. Mockler D. Montaruli T. Moore R. Morse R. Moulai M. Mukherjee T. Naab R. Nagai R. Naumann U. Nayerhoda A. Necker J. Neumann M. Niederhausen H. Nisa M. Nowicki S. ObertackePollmann A. Oehler M. Oeyen B. Olivas A. Orsoe R. Osborn J. O'Sullivan E. Pandya H. Pankova D. Park N. Parker G. Paudel E. Paul L. PerezdelosHeros C. Peters L. Petersen T. Peterson J. Philippen S. Pieper S. Pizzuto A. Plum M. Popovych Y. Porcelli A. PradoRodriguez M. Pries B. Procter-Murphy R. Przybylski G. Raab C. Rack-Helleis J. Rameez M. Rawlins K. Rechav Z. Rehman A. Reichherzer P. Renzi G. Resconi E. Reusch S. Rhode W. Richman M. Riedel B. Roberts E. Robertson S. Rodan S. Roellinghoff G. Rongen M. Rott C. Ruhe T. Ruohan L. Ryckbosch D. RysewykCantu D. Safa I. Saffer J. Salazar-Gallegos D. Sampathkumar P. SanchezHerrera S. Sandrock A. Santander M. Sarkar S. Schaufel M. Schieler H. Schindler S. Schlueter B. Schmidt T. Schneider J. Schroder F. Schumacher L. Schwefer G. Sclafani S. Seckel D. Seunarine S. Sharma A. Shefali S. Shimizu N. Silva M. Skrzypek B. Smithers B. Snihur R. Soedingrekso J. Sogaard A. Soldin D. Spannfellner C. Spiczak G. Spiering C. Stamatikos M. Stanev T. Stein R. Stezelberger T. Sturwald T. Stuttard T. Sullivan G. Taboada I. Ter-Antonyan S. Thompson W. Thwaites J. Tilav S. Tollefson K. Tonnis C. Toscano S. Tosi D. Trettin A. Tung C. Turcotte R. Twagirayezu J. Ty B. UnlandElorrieta M. Upshaw K. Valtonen-Mattila N. Vandenbroucke J. vanEijndhoven N. Vannerom D. vanSanten J. Vara J. Veitch-Michaelis J. Verpoest S. Veske D. Walck C. Wang W. Watson T. Weaver C. Weigel P. Weindl A. Weldert J. Wendt C. Werthebach J. Weyrauch M. Whitehorn N. Wiebusch C. Willey N. Williams D. Wolf M. Wrede G. Wulff J. Xu X. Yanez J. Yildizci E. Yoshida S. Yu S. Yuan T. Zhang Z. Zhelnin P. |
author_sort |
Abbasi R. |
title |
Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
title_short |
Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
title_full |
Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
title_fullStr |
Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
title_full_unstemmed |
Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube |
title_sort |
graph neural networks for low-energy event classification & reconstruction in icecube |
publisher |
Institute of Physics |
publishDate |
2022 |
url |
https://hdl.handle.net/11577/3468095 https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/P11003 |
genre |
Ice Sheet South pole |
genre_facet |
Ice Sheet South pole |
op_relation |
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/wos/WOS:000898643400010 volume:17 issue:11 journal:JOURNAL OF INSTRUMENTATION https://hdl.handle.net/11577/3468095 doi:10.1088/1748-0221/17/11/P11003 info:eu-repo/semantics/altIdentifier/scopus/2-s2.0-85143087170 |
op_doi |
https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/P11003 |
container_title |
Journal of Instrumentation |
container_volume |
17 |
container_issue |
11 |
container_start_page |
P11003 |
_version_ |
1796944658440388608 |
spelling |
ftunivpadovairis:oai:www.research.unipd.it:11577/3468095 2024-04-21T08:05:08+00:00 Graph Neural Networks for low-energy event classification & reconstruction in IceCube Abbasi R. Ackermann M. Adams J. Aggarwal N. Aguilar J. Ahlers M. Ahrens M. Alameddine J. Alves A. Amin N. Andeen K. Anderson T. Anton G. Arguelles C. Ashida Y. Athanasiadou S. Axani S. Bai X. BalagopalV A. Baricevic M. Barwick S. Basu V. Bay R. Beatty J. Becker K. -H. BeckerTjus J. Beise J. Bellenghi C. Benda S. BenZvi S. Berley D. Bernardini E. Besson D. Binder G. Bindig D. Blaufuss E. Blot S. Bontempo F. Book J. Borowka J. BoscoloMeneguolo C. Boser S. Botner O. Bottcher J. Bourbeau E. Braun J. Brinson B. Brostean-Kaiser J. Burley R. Busse R. Campana M. Carnie-Bronca E. Chen C. Chen Z. Chirkin D. Choi K. Clark B. Classen L. Coleman A. Collin G. Connolly A. Conrad J. Coppin P. Correa P. Countryman S. Cowen D. Cross R. Dappen C. Dave P. DeClercq C. DeLaunay J. DelgadoLopez D. Dembinski H. Deoskar K. Desai A. Desiati P. deVries K. deWasseige G. DeYoung T. Diaz A. Diaz-Velez J. Dittmer M. Dujmovic H. DuVernois M. Ehrhardt T. Eller P. Engel R. Erpenbeck H. Evans J. Evenson P. Fan K. Fazely A. Fedynitch A. Feigl N. Fiedlschuster S. Fienberg A. Finley C. Fischer L. Fox D. Franckowiak A. Friedman E. Fritz A. Furst P. Gaisser T. Gallagher J. Ganster E. Garcia A. Garrappa S. Gerhardt L. Ghadimi A. Glaser C. Glauch T. Glusenkamp T. Goehlke N. Gonzalez J. Goswami S. Grant D. Gray S. Gregoire T. Griswold S. Gunther C. Gutjahr P. Haack C. Hallgren A. Halliday R. Halve L. Halzen F. Hamdaoui H. HaMinh M. Hanson K. Hardin J. Harnisch A. Hatch P. Haungs A. Helbing K. Hellrung J. Henningsen F. Heuermann L. Hickford S. Hill C. Hill G. Hoffman K. Hoshina K. Hou W. Huber T. Hultqvist K. Hunnefeld M. Hussain R. Hymon K. In S. Iovine N. Ishihara A. Jansson M. Japaridze G. Jeong M. Jin M. Jones B. Kang D. Kang W. Kang X. Kappes A. Kappesser D. Kardum L. Karg T. Karl M. Karle A. Katz U. Kauer M. Kelley J. Kheirandish A. Kin K. Kiryluk J. Klein S. Kochocki A. Koirala R. Kolanoski H. Kontrimas T. Kopke L. Kopper C. Koskinen D. Koundal P. Kovacevich M. Kowalski M. Kozynets T. Krupczak E. Kun E. Kurahashi N. Lad N. LagunasGualda C. Larson M. Lauber F. Lazar J. Lee J. Leonard K. Leszczynska A. Lincetto M. Liu Q. Liubarska M. Lohfink E. Love C. LozanoMariscal C. Lu L. Lucarelli F. Ludwig A. Luszczak W. Lyu Y. Ma W. Madsen J. Mahn K. Makino Y. Mancina S. MarieSainte W. Maris I. Marka S. Marka Z. Marsee M. Martinez-Soler I. Maruyama R. McElroy T. McNally F. Mead J. Meagher K. Mechbal S. Medina A. Meier M. Meighen-Berger S. Merckx Y. Micallef J. Mockler D. Montaruli T. Moore R. Morse R. Moulai M. Mukherjee T. Naab R. Nagai R. Naumann U. Nayerhoda A. Necker J. Neumann M. Niederhausen H. Nisa M. Nowicki S. ObertackePollmann A. Oehler M. Oeyen B. Olivas A. Orsoe R. Osborn J. O'Sullivan E. Pandya H. Pankova D. Park N. Parker G. Paudel E. Paul L. PerezdelosHeros C. Peters L. Petersen T. Peterson J. Philippen S. Pieper S. Pizzuto A. Plum M. Popovych Y. Porcelli A. PradoRodriguez M. Pries B. Procter-Murphy R. Przybylski G. Raab C. Rack-Helleis J. Rameez M. Rawlins K. Rechav Z. Rehman A. Reichherzer P. Renzi G. Resconi E. Reusch S. Rhode W. Richman M. Riedel B. Roberts E. Robertson S. Rodan S. Roellinghoff G. Rongen M. Rott C. Ruhe T. Ruohan L. Ryckbosch D. RysewykCantu D. Safa I. Saffer J. Salazar-Gallegos D. Sampathkumar P. SanchezHerrera S. Sandrock A. Santander M. Sarkar S. Schaufel M. Schieler H. Schindler S. Schlueter B. Schmidt T. Schneider J. Schroder F. Schumacher L. Schwefer G. Sclafani S. Seckel D. Seunarine S. Sharma A. Shefali S. Shimizu N. Silva M. Skrzypek B. Smithers B. Snihur R. Soedingrekso J. Sogaard A. Soldin D. Spannfellner C. Spiczak G. Spiering C. Stamatikos M. Stanev T. Stein R. Stezelberger T. Sturwald T. Stuttard T. Sullivan G. Taboada I. Ter-Antonyan S. Thompson W. Thwaites J. Tilav S. Tollefson K. Tonnis C. Toscano S. Tosi D. Trettin A. Tung C. Turcotte R. Twagirayezu J. Ty B. UnlandElorrieta M. Upshaw K. Valtonen-Mattila N. Vandenbroucke J. vanEijndhoven N. Vannerom D. vanSanten J. Vara J. Veitch-Michaelis J. Verpoest S. Veske D. Walck C. Wang W. Watson T. Weaver C. Weigel P. Weindl A. Weldert J. Wendt C. Werthebach J. Weyrauch M. Whitehorn N. Wiebusch C. Willey N. Williams D. Wolf M. Wrede G. Wulff J. Xu X. Yanez J. Yildizci E. Yoshida S. Yu S. Yuan T. Zhang Z. Zhelnin P. Abbasi, R. Ackermann, M. Adams, J. Aggarwal, N. Aguilar, J. Ahlers, M. Ahrens, M. Alameddine, J. Alves, A. Amin, N. Andeen, K. Anderson, T. Anton, G. Arguelles, C. Ashida, Y. Athanasiadou, S. Axani, S. Bai, X. Balagopalv, A. Baricevic, M. Barwick, S. Basu, V. Bay, R. Beatty, J. Becker, K. -H. Beckertjus, J. Beise, J. Bellenghi, C. Benda, S. Benzvi, S. Berley, D. Bernardini, E. Besson, D. Binder, G. Bindig, D. Blaufuss, E. Blot, S. Bontempo, F. Book, J. Borowka, J. Boscolomeneguolo, C. Boser, S. Botner, O. Bottcher, J. Bourbeau, E. Braun, J. Brinson, B. Brostean-Kaiser, J. Burley, R. Busse, R. 2022 https://hdl.handle.net/11577/3468095 https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/P11003 eng eng Institute of Physics info:eu-repo/semantics/altIdentifier/wos/WOS:000898643400010 volume:17 issue:11 journal:JOURNAL OF INSTRUMENTATION https://hdl.handle.net/11577/3468095 doi:10.1088/1748-0221/17/11/P11003 info:eu-repo/semantics/altIdentifier/scopus/2-s2.0-85143087170 Analysis and statistical method Data analysi Neutrino detector Particle identification methods info:eu-repo/semantics/article 2022 ftunivpadovairis https://doi.org/10.1088/1748-0221/17/11/P11003 2024-03-28T01:26:08Z IceCube, a cubic-kilometer array of optical sensors built to detect atmospheric and astrophysical neutrinos between 1 GeV and 1 PeV, is deployed 1.45 km to 2.45 km below the surface of the ice sheet at the South Pole. The classification and reconstruction of events from the in-ice detectors play a central role in the analysis of data from IceCube. Reconstructing and classifying events is a challenge due to the irregular detector geometry, inhomogeneous scattering and absorption of light in the ice and, below 100 GeV, the relatively low number of signal photons produced per event. To address this challenge, it is possible to represent IceCube events as point cloud graphs and use a Graph Neural Network (GNN) as the classification and reconstruction method. The GNN is capable of distinguishing neutrino events from cosmic-ray backgrounds, classifying different neutrino event types, and reconstructing the deposited energy, direction and interaction vertex. Based on simulation, we provide a comparison in the 1 GeV-100 GeV energy range to the current state-of-the-art maximum likelihood techniques used in current IceCube analyses, including the effects of known systematic uncertainties. For neutrino event classification, the GNN increases the signal efficiency by 18% at a fixed background rate, compared to current IceCube methods. Alternatively, the GNN offers a reduction of the background (i.e. false positive) rate by over a factor 8 (to below half a percent) at a fixed signal efficiency. For the reconstruction of energy, direction, and interaction vertex, the resolution improves by an average of 13%-20% compared to current maximum likelihood techniques in the energy range of 1 GeV-30 GeV. The GNN, when run on a GPU, is capable of processing IceCube events at a rate nearly double of the median IceCube trigger rate of 2.7 kHz, which opens the possibility of using low energy neutrinos in online searches for transient events. Article in Journal/Newspaper Ice Sheet South pole Padua Research Archive (IRIS - Università degli Studi di Padova) Journal of Instrumentation 17 11 P11003 |