Direction Reconstruction using a CNN for GeV-Scale Neutrinos in IceCube

• Main Authors: Yu S., Abbasi R., Ackermann M., Adams J., Aguilar J. A., Ahlers M., Ahrens M., Alispach C., Alves A. A., Amin N. M., An R., Andeen K., Anderson T., Anton G., Arguelles C., Ashida Y., Axani S., Bai X., Balagopal A. V., Barbano A., Barwick S. W., Bastian B., Basu V., Baur S., Bay R., Beatty J. J., Becker K. -H., Becker Tjus J., Bellenghi C., BenZvi S., Berley D., Bernardini E., Besson D. Z., Binder G., Bindig D., Blaufuss E., Blot S., Boddenberg M., Bontempo F., Borowka J., Boser S., Botner O., Bottcher J., Bourbeau E., Bradascio F., Braun J., Bron S., Brostean-Kaiser J., Browne S., Burgman A., Burley R. T., Busse R. S., Campana M. A., Carnie-Bronca E. G., Chen C., Chirkin D., Choi K., Clark B. A., Clark K., Classen L., Coleman A., Collin G. H., Conrad J. M., Coppin P., Correa P., Cowen D. F., Cross R., Dappen C., Dave P., De Clercq C., DeLaunay J. J., Dembinski H., Deoskar K., De Ridder S., Desai A., Desiati P., de Vries K. D., de Wasseige G., de With M., DeYoung T., Dharani S., Diaz A., Diaz-Velez J. C., Dittmer M., Dujmovic H., Dunkman M., DuVernois M. A., Dvorak E., Ehrhardt T., Eller P., Engel R., Erpenbeck H., Evans J., Evenson P. A., Fan K. L., Fazely A. R., Fiedlschuster S., Fienberg A. T., Filimonov K., Finley C., Fischer L., Fox D., Franckowiak A., Friedman E., Fritz A., Furst P., Gaisser T. K., Gallagher J., Ganster E., Garcia A., Garrappa S., Gerhardt L., Ghadimi A., Glaser C., Glauch T., Glusenkamp T., Goldschmidt A., Gonzalez J. G., Goswami S., Grant D., Gregoire T., Griswold S., Gunduz M., Gunther C., Haack C., Hallgren A., Halliday R., Halve L., Halzen F., Ha Minh M., Hanson K., Hardin J., Harnisch A. A., Haungs A., Hauser S., Hebecker D., Helbing K., Henningsen F., Hettinger E. C., Hickford S., Hignight J., Hill C., Hill G. C., Hoffman K. D., Hoffmann R., Hoinka T., Hokanson-Fasig B., Hoshina K., Huang F., Huber M., Huber T., Hultqvist K., Hunnefeld M., Hussain R., In S., Iovine N., Ishihara A., Jansson M., Japaridze G. S., Jeong M., Jones B. J. P., Kang D., Kang W., Kang X., Kappes A., Kappesser D., Karg T., Karl M., Karle A., Katz U., Kauer M., Kellermann M., Kelley J. L., Kheirandish A., Kin K., Kintscher T., Kiryluk J., Klein S. R., Koirala R., Kolanoski H., Kontrimas T., Kopke L., Kopper C., Kopper S., Koskinen D. J., Koundal P., Kovacevich M., Kowalski M., Kozynets T., Kun E., Kurahashi N., Lad N., Lagunas Gualda C., Lanfranchi J. L., Larson M. J., Lauber F., Lazar J. P., Lee J. W., Leonard K., Leszczynska A., Li Y., Lincetto M., Liu Q. R., Liubarska M., Lohfink E., Lozano Mariscal C. J., Lu L., Lucarelli F., Ludwig A., Luszczak W., Lyu Y., Ma W. Y., Madsen J., Mahn K. B. M., Makino Y., Mancina S., Maris I. C., Maruyama R., Mase K., McElroy T., McNally F., Mead J. V., Meagher K., Medina A., Meier M., Meighen-Berger S., Micallef J., Mockler D., Montaruli T., Moore R. W., Morse R., Moulai M., Naab R., Nagai R., Naumann U., Necker J., Nguyen L. V., Niederhausen H., Nisa M. U., Nowicki S. C., Nygren D. R., Obertacke Pollmann A., Oehler M., Olivas A., O'Sullivan E., Pandya H., Pankova D. V., Park N., Parker G. K., Paudel E. N., Paul L., Perez de los Heros C., Peters L., Peterson J., Philippen S., Pieloth D., Pieper S., Pittermann M., Pizzuto A., Plum M., Popovych Y., Porcelli A., Prado Rodriguez M., Price P. B., Pries B., Przybylski G. T., Raab C., Raissi A., Rameez M., Rawlins K., Rea I. C., Rehman A., Reichherzer P., Reimann R., Renzi G., Resconi E., Reusch S., Rhode W., Richman M., Riedel B., Roberts E. J., Robertson S., Roellinghoff G., Rongen M., Rott C., Ruhe T., Ryckbosch D., Rysewyk Cantu D., Safa I., Saffer J., Sanchez Herrera S. E., Sandrock A., Sandroos J., Santander M., Sarkar S., Satalecka K., Scharf M., Schaufel M., Schieler H., Schindler S., Schlunder P., Schmidt T., Schneider A., Schneider J., Schroder F. G., Schumacher L., Schwefer G., Sclafani S., Seckel D., Seunarine S., Sharma A., Shefali S., Silva M., Skrzypek B., Smithers B., Snihur R., Soedingrekso J., Soldin D., Spannfellner C., Spiczak G. M., Spiering C., Stachurska J., Stamatikos M., Stanev T., Stein R., Stettner J., Steuer A., Stezelberger T., Sturwald T., Stuttard T., Sullivan G. W., Taboada I., Tenholt F., Ter-Antonyan S., Tilav S., Tischbein F., Tollefson K., Tomankova L., Tonnis C., Toscano S., Tosi D., Trettin A., Tselengidou M., Tung C. F., Turcati A., Turcotte R., Turley C. F., Twagirayezu J. P., Ty B., Unland Elorrieta M. A., Valtonen-Mattila N., Vandenbroucke J., van Eijndhoven N., Vannerom D., van Santen J., Verpoest S., Vraeghe M., Walck C., Watson T. B., Weaver C., Weigel P., Weindl A., Weiss M. J., Weldert J., Wendt C., Werthebach J., Weyrauch M., Whitehorn N., Wiebusch C. H., Williams D. R., Wolf M., Woschnagg K., Wrede G., Wulff J., Xu X. W., Xu Y., Yanez J. P., Yoshida S., Yuan T., Zhang Z.
• Other Authors: Yu, S., Abbasi, R., Ackermann, M., Adams, J., Aguilar, J. A., Ahlers, M., Ahrens, M., Alispach, C., Alves, A. A., Amin, N. M., An, R., Andeen, K., Anderson, T., Anton, G., Arguelles, C., Ashida, Y., Axani, S., Bai, X., Balagopal, A. V., Barbano, A., Barwick, S. W., Bastian, B., Basu, V., Baur, S., Bay, R., Beatty, J. J., Becker, K. -H., Becker Tjus, J., Bellenghi, C., Benzvi, S., Berley, D., Bernardini, E., Besson, D. Z., Binder, G., Bindig, D., Blaufuss, E., Blot, S., Boddenberg, M., Bontempo, F., Borowka, J., Boser, S., Botner, O., Bottcher, J., Bourbeau, E., Bradascio, F., Braun, J., Bron, S., Brostean-Kaiser, J., Browne, S., Burgman, A.
• Format: Conference Object
• Language: English
• Published: Sissa Medialab Srl 2022
• Subjects: South Pole; South pole
• Online Access: https://hdl.handle.net/11577/3503928

The IceCube Neutrino Observatory observes neutrinos interacting deep within the South Pole ice. It consists of 5,160 digital optical modules, which are embedded within a cubic kilometer of ice, over depths of 1,450 m to 2,450 m. At the lower center of the array is the DeepCore subdetector. Its denser sensor configuration lowers the observable energy threshold to the GeV-scale, facilitating the study of atmospheric neutrino oscillations. The precise reconstruction of neutrino direction is critical in the measurements of oscillation parameters. This work presents a method to reconstruct the zenith angle of GeV-scale events in IceCube by using a convolutional neural network and compares the result to that of the current likelihood-based reconstruction algorithm.