Neutrino interaction classification with a convolutional neural network in the DUNE far detector

6533b7d4fe1ef96bd1262997

RESEARCH PRODUCT

Neutrino interaction classification with a convolutional neural network in the DUNE far detector

R.a. Rameika J. Perry M. Kirby E. Zhivun K. Zeug R. Lazur Marzio Nessi D. Lorca R. M. Berner Sandip Pakvasa J. J. De Vries S. Shafaq Jonas Rademacker G. P. Zeller R. Guenette A. Hourlier A. Mcnab G. Vasseur C. Petta C. Grant A. Olivares Del Campo Joshua R. Klein Vasundhara Singh Vasundhara Singh D. M. Demuth A. Chatterjee P. Debbins Paola Sala G. Mandrioli John G. Learned S. Kohn S. Kohn F. Drielsma Joshua Barrow Joshua Barrow John Marshall Janice L. Thompson F. Kamiya E. Motuk E. Gamberini B. J. P. Jones L. Di Giulio J. Martin-albo E. Bechetoille Gustaaf Brooijmans K. Moffat L.s. Rochester T. L. Usher R. Staley Bo Yu A. V. Waldron Gabriella Carini M. Dabrowski Francesco Gonnella C. Vilela B. Zamorano Warner A. Miller Wladyslaw Henryk Trzaska A. M. Gago R. Diurba N. Bostan J. Spitz M. Pozzato M. Pozzato Y. Cui P. A. Rodrigues J. D. Eisch F. Cavanna Sofia Vallecorsa K. E. Duffy Danny Marfatia E. Segreto Xin Qian T. A. Mohayai C. J. Solano Salinas David Delepine M. Gold A. Borkum N. Mcconkey Stephen P. Gent Andrew Smith M. Manrique Plata G. Christodoulou S. Calvez Juraj Bracinik Sukalyan Chattopadhyay Laura Dominé A. Scarff R. Northrop R. Van Berg B. Paulos E. Mccluskey T. Patzak G. Brunetti J. Moon P. E. L. Clarke C. Palomares A. Weinstein A. Muir E. Ewart N. Gallice Wei Wu S. Gollapinni M. Spanu Xiaolu Ji J. Chaves G. Sirri Evgueni Goudzovski H. Mendez Y.-j. Jwa Hui Wang V. Bellini C. Alt B. Abi C. Wilkinson M. Greenwood Julián Félix D. Macfarland K. Gollwitzer A. M. Szelc Gareth J. Barker F. Bay H.e. Rogers G. Zhu S. Centro S. Henry M. B. Smy J. Migenda A. Sitraka L. Bagby J. M. Losecco F. Varanini J. Stock G. Yang I. Kreslo V. A. Kudryavtsev M. A. Hernandez Morquecho J. Bian Yasaman Farzan A. De Gouvea Jürgen Pozimski Andrea Dell'acqua A. Higuera Yu. Onishchuk T. Hamernik Z. Tsamalaidze Diana Navas-nicolas S. Jiménez R. Zwaska C. A. Ternes Andrea Zani T. Miedema J. Fried Paul Keener Leigh H. Whitehead N. Simos R. B. Patterson J. G. Boissevain A. Laundrie Mafalda Dias I. Kadenko L. Da Silva Peres A. Karcher A. Verdugo R. Raboanary P. Schlabach C. Lastoria D. Naples Kazuhiro Terao A. Paudel L. V. Gomez Bermeo H. O. Back Andrew White W. Metcalf M. J. Dolinski Yu. Kudenko D. Gratieri J. R. T. De Mello Neto Raj Gandhi F. Andrianala F. Tortorici Konstantinos Manolopoulos L. Corwin A. Lister A. Delbart A. Christensen Chia-chan Chang Y. Penichot M. Masud S. Berkman S. Magill André Rubbia C. Barnes A. S. Hesam D. Waters D. Ruterbories S. H. Kettell M. Bongrand J. Smolik A. Bitadze Yichen Li L. Molina Bueno G. Prior M. Bonesini K. Francis J. Fowler S. J. M. Peeters Antonino Sergi S. L. Mufson M. Eads R. Flight R. Gran Thorsten Lux W. Ketchum Karol Hennessy S. Söldner-rembold C. S. Lin T. Wongjirad A. Gallego-ros Rakesh Kumar N. Buchanan S. Alonso Monsalve Michael Mulhearn N. J. C. Spooner G. Ge Alexander Tapper S. B. Boyd F. Muheim P. Cotte T. Hill Ralf Lehnert J.v. Dawson S. Biagi Christopher J. Milne G. A. Valdiviesso S. Sacerdoti N. Solomey Laura Manenti A. Joglekar K. Cho E. Pantic N. Moggi N. Moggi M. Roda A. Aranda-fernandez Kim Siyeon X. Luo A. Booth Thomas Strauss J. Calcutt K. Warburton M. Nalbandyan Claire Shepherd-themistocleous James Stewart N.v. Mokhov H. Vieira De Souza I. Lomidze A. Radovic S. Ravat W. Mu D. Autiero Poonam Mehta K. S. Mcfarland C. T. Macias N. Mauri N. Mauri A. Lawrence J. Urheim S. Narita J. Heise R. Sipos F. F. Wilson Nektarios Benekos Jianbei Liu Renato Potenza C. Cattadori T. Stokes Timothy M. Shaw D. Braga L. Li F. Piastra L. W. Koerner C. Girerd D. Montanari Giorgio Riccobene P. N. Ratoff S. Di Domizio T. Kutter M. C. Goodman D. C. Christian J. Ahmed M. Soderberg G. Meng A. C. Weber A. C. Weber Dario Gnani E. Brianne T. A. Bolton J. Greer Y. T. Tsai L. Camilleri S. Nagu J. A. Maloney Z. Vallari J. Sensenig G. Karagiorgi A. Rappoldi L. O. Arnold V. Paolone V. Pec J. J. Russell J. Pillow S. Vergani W. C. Griffith H. R. Gallagher M. H. Shaevitz N. Barros I. Caro Terrazas R. Itay L. Zazueta Alexander Deisting B. Rebel B. Rebel M. Toups Joleen Pater Narendra Sahu S. Gao A. Marchionni David H. Adams M. E. Convery F. Diaz R. Hatcher Marco Adinolfi M. Chalifour Haleh Khani Hadavand B. Tapia Oregui T. Yang F. Marinho M. Zhao F. Cavalier Chao Zhang N. Nayak M. V. Diwan D. J. Payne C. Gotti R. Cross T. Wachala S. Gwon Barry King R. Mazza Keith Rielage J. Wang Simon Lin K. Wood M. O. Wascko B. Stillwell A. Lambert V. Basque K. Mason A. Holin Randall P. Johnson C. Castromonte S. Li D. Vanegas Forero S. Emery J. Marteau D. A. Harris D. A. Harris H. Da Motta I. L. De Icaza Astiz Giovanni Bellettini C. Montanari E. Conley B. Howard S. Fuess D. A. Dwyer E. Cristaldo H. Razafinime M. Biassoni Alessandro Montanari J. J. Evans Paolo Calafiura S. Prince J. Haiston Q. David N. Dokania E. D. Zimmerman P. De Lurgio R. Milincic M. A. Leigui De Oliveira A. Olivier E. T. Worcester T. J. Langford L. Pickering E. Hazen D. Smargianaki Christopher L. Marshall Katsuya Yonehara A. Sousa A. L. Renshaw S. Manly P. Hamilton S. Kasai Mingshui Chen K. Koehler Christopher Brew Pavel Snopok Z. Ahmad J. Maricic Jason Kumar D. Cherdack Y. Rigaut H. Carranza Milos Lokajicek A. P. Furmanski P.t. Smith George Adamov Mario Campanelli C. Distefano Ornella Palamara H. S. Budd T. E. Coan B. Radics Olga Mena K. Nishimura C. Vignoli Marc Weber M. Kordosky S. Andringa K. Kothekar Burak Bilki Burak Bilki W. Flanagan L. Stanco D. Brailsford R. Howell J. A. Musser R. G. Van De Water L. S. Gomez Fajardo Jane Nachtman S. Striganov Srubabati Goswami Z. Williams Yi Chen M. Hostert Laura Paulucci Y. A. Ramachers D. A. Martinez Caicedo R. M. De Almeida Yasar Onel A. M. Teklu D. Mladenov E. Blucher S. Childress C. Brizzolari C. Mcgrew V. Papadimitriou J. Hoff T. Miao A. Stuart P. Vahle G. A. Horton-smith L. Pasqualini L. Pasqualini C. Jesús-valls I. K. Furic John Matthews Aldo Penzo Andrew Blake A. Mislivec L. Jiang R. S. Fitzpatrick G.l. Raselli A. Scarpelli A. C. Kaboth T. Vrba Piera Sapienza M. Shamma N. P. Samios M. A. Arroyave C. Andreopoulos C. Andreopoulos F. Terranova D. Newhart E. Raguzin A. J. Roeth R. Acciarri L. C. J. Rice Karol Lang Simon Jones S. Bolognesi J. A. Nowak B. Morgan L. Patrizii A. F. Moor M. Potekhin D. Duchesneau N. Kazaryan V. J. Guarino R. Bajou B. Carlus D. Boyden C. Cuesta O. G. Miranda C. Patrick L. Rakotondravohitra A. Izmaylov Matthew Mewes J. Trevor José W. F. Valle L. Montaño Zetina M. Tenti A. Rafique Kendall Mahn Jorge Molina S. Tufanli Ara Ioannisian H. T. Rakotondramanana X. Pons Kam-biu Luk Kam-biu Luk A. Caminata K. Qi Deywis Moreno A. Heavey M. Bhattacharjee J. A. B. Coelho J. K. Nelson Grzegorz Deptuch J. L. Bazo Alba Amelia Maio Giuseppe Benedetto Cerati H. Duyang H. Meyer A. Schukraft E. Kemp T. Loew R. J. Nichol P. Ding D. J. Summers M. Worcester L. Cremonesi M. Sorel F. Sergiampietri Rex Tayloe J. C. Freeman Kaushik De M. J. Rodriguez Alonso J. Zuklin I. Rakhno J. R. Macier Jeremy Wolcott M. A. Acero F. Barao S. P. Kasetti C. Mossey R. Nandakumar W. C. Louis A. Surdo K. Vaziri Dave Sankey K. Negishi J. Asaadi E. Valencia F. Azfar T. Lord E. James J. Nesbit J. Bremer Kate Scholberg M. R. While Pedro A. N. Machado T. Alion Gregory Iles A. Friedland Roberto Gutiérrez Z. Ghorbani-moghaddam G. Lehmann Miotto K. M. Heeger C. S. Mishra Vlastimil Kus O. Gogota A. Tonazzo M. Karolak J. Pinzino H. Muramatsu Z. Pavlovic M. P. Andrews M. Vermeulen A. Guglielmi J. Berger Rukmani Mohanta S. Murphy C. Kuruppu F. Bento Neves S. Pordes P. Weatherly Andrew Norman James John Brooke M. Wallbank Alessandro Menegolli G. Testera Janet Conrad M. Newcomer M. D. Messier B. Szczerbinska C. Backhouse Stephen Parke D. Franco M. Soares Nunes A. Maddalena M. Antonova T. Le L. Hertel T. Boschi H. Y. Wei Stephen Hillier R. Gandrajula Ina Sarcevic Eric W. Hoppe Manuel Alejandro Segura Delgado V. A. Kostelecký F. Ferraro S. Green Andrew Brandt J. L. Raaf J. Singh H. Y. Liao V. N. Solovov K. Spurgeon F. García-carballeira J. Freestone D. Rivera Alan Watson K. Mavrokoridis M. Tzanov S. Santana C. Mariani M. J. Wilking G. Barenboim Carlos Escobar J. Vasel D. Redondo S. R. Mishra J. A. Gonzalez-cuevas R. K. Plunkett R. A. Gomes E. Gramellini C. E. Lane P. Bernardini H. A. Tanaka D. Gibin M. Stancari Ihn Sik Seong B. Kirby A. Bross S. Menary P. C. De Holanda D. Warner O. Dvornikov C. E. Thorn Filippo Resnati L. Suter L. Kashur A. Scaramelli C. M. Sutera T. Kosc K. K. Loo O. V. Mineev M. Bishai K. Lande H. Berns R. J. Wilson E. Smith William J. Marciano C. Bromberg C. Hohl L. M. Cremaldi Matthew L Strait P. Guzowski R. Haenni T. Young F. Jediny E. Granados B. Behera B. V. K. S. Potukuchi P. Lasorak Alastair Grant Marco Verzocchi Orlando L. G. Peres J. S. Díaz P. Novella Y. Wang Marcelo M. Guzzo A. K. Giri M. Torti M. Tortola B. Jargowsky T. R. Junk R. Dharmapalan Shiroman Prakash Seodong Shin M. Santos-maldonado Cari L. Johnson N. Poonthottathil S. J. Patton T. Schaffer K. Grzelak E. Church C. Wret Christian Farnese Akitaka Ariga Marvin L Marshak G. S. Varner M. Rai A. Chiriacescu T. Rehak A. Papanestis A. Aurisano A. Norrick N. Martinez L. Greenler B. Guo Frank Filthaut J. Reichenbacher S. Ventura Riccardo Papaleo J. J. Back D. Shooltz Zelimir Djurcic Alessandro Thea P. Fernandez Menendez J. Han C. Y. Chi M. Groh Y. Bezawada V. P. Luzio F. Spagliardi F. D. M. Blaszczyk D. Pershey Lina Necib Enrique Fernandez Martinez J. S. Real P. Baesso H. Steiner S. Lockwitz G. Sinev Massimo Rossella S. Tariq Gregory J Pawloski T. Prakash Arsen Khvedelidze A.s. Dyshkant M. Reggiani-guzzo M. Á. García-peris M. Kabirnezhad Pierre Baldi M. Mooney E. Tyley A. Hahn M. P. Decowski V. Galymov E. Chardonnet J. Franc B. R. Littlejohn B. Russell M. Vagins Jordan Ott Niki Saoulidou M. Oberling E. Mazzucato C. David C. David A. Mann L. Fields J. Sinclair J. I. Crespo-anadón C. J. Densham D. W. Schmitz H. Schellman H. Schellman Stefan Antusch Z. Parsa M. A. Uchida H. W. Sobel M. A. Ramirez Delgado S. J. Brice Nicolas Lurkin A. A. Machado R. Petti Jaroslaw Pasternak W. Gu S. Bertolucci S. Bertolucci A. Mazzacane Patrick Dunne M. C. Sanchez A. N. Khotjantsev N. Tsverava F. Bonini Marco Pallavicini G. Savage L. Wood J. Soto-oton C. Sarasty G. Pessina O. Goodwin K. K. Guthikonda Y. Karyotakis Artur M. Ankowski D. Edmunds T. Safford E. Tatar Utku Kose D. Vargas F. Pietropaolo T. Hasegawa J. Mills Irina Mocioiu C. N. Booth L. Zambelli S. Rescia A. M. Iliescu Andrés Castillo Alex Reynolds K. Biery V. Aushev D. A. Sanders John F. Beacom J. Zalesak J. Barranco Monarca Carl Grace M. Muether S. Roy L. Pagani Steven Gardiner P. Madigan P. Madigan J. Rodriguez Rondon Alec Habig A. Mastbaum D. Douglas Daniel Gastler David Cussans S. Matsuno P. Green B. Viren J. Mousseau Matthaeus Leitner K. Fahey Bindu A. Bambah S. Dennis P. P. Koller D. Whittington D. Garcia-gamez Sudarshan Paramesvaran D. Belver S. Zucchelli S. Zucchelli S. Davini R. L. Talaga M. Wetstein M. M. Khabibullin D. Wenman S. C. Timm R. Sharma R. Saakyan B. Ramson R. Zaki Kenneth Long V. Zutshi Sandeep Miryala Enrique Calvo V. Radeka H. S. Chen C. Touramanis J. M. Paley Antonio Ereditato N. Yershov Alexandru Jipa Olga Beltramello J. T. Haigh B. Gelli Gregory J. Michna F. Stocker T. Gamble J. J. Grudzinski I. Gil-botella L. Simard Wayne A. Barkhouse A. Filkins Daijin Kim G.d. Barr Junwei Huang V. De Romeri A. Cervera Villanueva Robert Svoboda A. Falcone D. Caratelli L. Bellantoni A. Hackenburg D. Caiulo Sergey A. Kulagin A. Bashyal Beatriz B. Siffert M. T. Graham V. Susic S. D. Reitzner Dave M Newbold C. K. Jung F. Krennrich C. Mauger J. Yu Paolo Carniti Ionel Lazanu M. Nebot-guinot R. Illingworth G. Petrillo A. Gendotti A. Himmel M. Rajaoalisoa P. Bour L. Mualem E. Niner S. Bordoni James Mueller W. Fox Silvia Pascoli K. Herner Hem Raj Sharma M. Betancourt E. Pennacchio F. W. Sippach T. Li E. Kearns A. C. Ezeribe S. Martynenko Ph. Lebrun D. Totani Sandhya Choubey A. Mefodiev S. Balasubramanian S. Rosauro-alcaraz B. Bhuyan V. Savinov P. Melas Kevin J. Kelly D. Sgalaberna Y. Xiao C. Rubbia A. G. Cocco C. Morris A. Cervelli D. Pugnere C. A. Moura M. Zito A. D. Marino G. C. Blazey T. Durkin L. Escudero Sanchez J. Rout P. De Jong B. T. Fleming R. Poling J. Hartnell Robert Shrock J. Zennamo A. De Roeck M. Calin M. Mellinato Shu Li Kristian Harder J. Hewes Sandro Palestini M. Parvu James A. Anderson G. S. Davies I. De Bonis L. Di Noto W. E. Sondheim Nikolina Ilic C. E. Tull K. Soustruznik M. Leyton J. Hugon K. V. Tsang J. Maneira

subject

Neutrino Oscillations. Neutrino detectors.Physics - Instrumentation and Detectors Physics::Instrumentation and Detectors far detector 01 natural sciences Physics Particles & Fields High Energy Physics - Experiment charged current High Energy Physics - Experiment (hep-ex)[PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]Particle Physics Experiments Muon neutrino neutrino/e: particle identification Neutrino detectors Detectors and Experimental Techniques physics.ins-det Charged current neutrino: interaction Informática Physics Telecomunicaciones Neutrino oscillations Physics Neutrino interactions neural network DUNE Deep Underground Neutrino Experiment Instrumentation and Detectors (physics.ins-det)Experiment (hep-ex)Neutrino detector Physical Sciences CP violation Neutrino Particle Physics - Experiment Particle physics data analysis method 530 Physics neural network Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena CONSERVATION FOS: Physical sciences Astronomy & Astrophysics Deep Learning neutrino: deep underground detector neutrino physics 0103 physical sciences Neutrino Oscillations. Neutrino detectors Object Detection Neutrino CP: violation Deep Underground Neutrino Experiment High Energy Physics [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]Neutrinos 010306 general physics Neutrino oscillation neutrino/mu: particle identification IOU Science & Technology DUNE Neutrino interactions 010308 nuclear & particles physics hep-ex High Energy Physics::Phenomenology Física Neutrino Interaction Detector 530 Physik sensitivity efficiency High Energy Physics::Experiment Electron neutrino

description

The Deep Underground Neutrino Experiment is a next-generation neutrino oscillation experiment that aims to measure CP-violation in the neutrino sector as part of a wider physics program. A deep learning approach based on a convolutional neural network has been developed to provide highly efficient and pure selections of electron neutrino and muon neutrino charged-current interactions. The electron neutrino (antineutrino) selection efficiency peaks at 90% (94%) and exceeds 85% (90%) for reconstructed neutrino energies between 2–5 GeV. The muon neutrino (antineutrino) event selection is found to have a maximum efficiency of 96% (97%) and exceeds 90% (95%) efficiency for reconstructed neutrino energies above 2 GeV. When considering all electron neutrino and antineutrino interactions as signal, a selection purity of 90% is achieved. These event selections are critical to maximize the sensitivity of the experiment to CP-violating effects.

year	journal	country	edition	language
2020-11-09

10.1103/physrevd.102.092003 http://sro.sussex.ac.uk/id/eprint/95279/4/PhysRevD.102.092003.pdf