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...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Journal of Instrumentation
Main Authors: 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.
Other Authors: 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
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