Framework and tools for the simulation and analysis of the radio emission from air showers at IceCube

Abbasi, R.; Hill, G. C.; V. Balagopal, A.; Leonard, K.; Koirala, R.; Stettner, J.; Schneider, J.; Bourbeau, E.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Hignight, J.; Huber, T.; Przybylski, G. T.; Oehler, M.; Snihur, R.; Pankova, D. V.; Seunarine, S.; Wang, W.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Jin, M.; Bastian-Querner, Benjamin; Hymon, K.; Amin, N. M.; Boddenberg, M.; Anderson, T.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Kin, K.; Vannerom, D.; Thwaites, J.; Ruhe, T.; Nguyen, L. V.; Diaz, A.; Kozynets, T.; Burley, R. T.; Hebecker, D.; Makino, Y.; Lyu, Y.; Mockler, D.; Ryckbosch, D.; Lincetto, M.; Robertson, S.; Rhode, W.; Katz, U.; Niederhausen, H.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Morse, R.; Santander, M.; Alameddine, J. M.; Wolf, M.; Koundal, P.; Bradascio, Federica; Borowka, J.; Kintscher, Thomas; Sarkar, S.; Ackermann, M.; Minh Ha, M.; Axani, S.; Soedingrekso, J.; Becker, K.-H.; Twagirayezu, J. P.; Roberts, E. J.; Jeong, M.; Ahrens, M.; Brostean-Kaiser, Jannes; Dappen, C.; van Santen, J.; Yildizci, E.; Krupczak, E.; Binder, G.; Ehrhardt, T.; Collin, G. H.; Gutjahr, P.; Ma, W. Y.; Turley, C. F.; Spiering, C.; Pieper, S.; Japaridze, G. S.; Grégoire, T.; Parker, G. K.; de With, M.; Madsen, J.; Wulff, J.; Carnie-Bronca, E. G.; Lazar, J. P.; Tilav, S.; In, S.; Book, J. Y.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Pries, B.; Resconi, E.; Wendt, C.; Veitch-Michaelis, J.; Kelley, J. L.; Lohfink, E.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Nowicki, S. C.; Micallef, J.; Engel, R.; Hickford, S.; Silva, M.; Trettin, Alexander; Bay, R.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Aguilar, J. A.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Halzen, F.; Bellenghi, C.; Weiss, M. J.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Kolanoski, H.; Turcati, A.; Luszczak, W.; McNally, F.; Hünnefeld, M.; Reichherzer, P.; Adams, J.; Sclafani, S.; Garrappa, S.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Deoskar, K.; Maruyama, R.; Gualda, C. Lagunas; Rehman, A.; Clark, K.; Satalecka, K.; Grant, D.; Chirkin, D.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Benda, S.; Kappesser, D.; Coppin, P.; Necker, J.; Rodriguez, M. Prado; Köpke, L.; Karg, T.; Kopper, C.; Fischer, Leander; Taboada, I.; Smithers, B.; Campana, M. A.; Klein, S. R.; Mukherjee, T.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Ludwig, A.; Schaufel, M.; Mariscal, C. J. Lozano; Cowen, D. F.; Fienberg, A. T.; Peterson, J.; Oeyen, B.; Bernardini, E.; Kang, X.; DeLaunay, J. J.; Shefali, S.; Glauch, T.; Berley, D.; Gallagher, J.; Bai, X.; Liu, Q. R.; Wiebusch, C. H.; Raissi, A.; Hardin, J.; Choi, K.; Roellinghoff, G.; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Correa, P.; Lu, L.; Karl, M.; Porcelli, A.; de Vries, K. D.; Schneider, A.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Dave, P.; Fedynitch, A.; Zhelnin, P.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Wrede, G.; Harnisch, A. A.; Lee, J. W.; Herrera, S. E. Sanchez; Cross, R.; Lauber, F.; Gerhardt, L.; Huber, M.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Mechbal, S.; Braun, J.; Goswami, S.; Heros Pérez de los, C.; Clark, B. A.; Eller, P.; Reusch, Simeon; Safa, I.; Alves, A. A.; Paul, L.; BenZvi, S.; Ty, B.; DeYoung, T.; Rameez, M.; Sullivan, G. W.; Sharma, A.; Glüsenkamp, T.; de Wasseige, G.; Baur, S.; Goehlke, N.; Hussain, R.; Garcia, A.; Botner, O.; Hanson, K.; Xu, X. W.; Halve, L.; Nisa, M. U.; Cantu, D. Rysewyk; Erpenbeck, H.; Rea, I. C.; Hultqvist, K.; Stein, Robert; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Lanfranchi, J. L.; Bron, S.; Evenson, P. A.; Pizzuto, A.; Hoshina, K.; Fürst, P.; van Eijndhoven, N.; Böttcher, J.; Anton, G.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; Zhang, Z.; Hou, W.; Watson, T. B.; Huang, F.; López, D. Delgado; Connolly, A.; Busse, R. S.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Rongen, M.; Kovacevich, M.; Günther, C.; Martinez-Soler, I.; Soldin, D.; Elorrieta Unland, M. A.; Kellermann, M.; Vandenbroucke, J.; Fazely, A. R.; Nagai, R.; Fritz, A.; McElroy, T.; Yanez, J. P.; Kun, E.; O'Sullivan, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; McCarthy, S.; Desiati, P.; Chen, C.; DuVernois, M. A.; Lad, Neha Navnitkumar; Richman, M.; Coleman, A.; Weaver, C.; Gaisser, T. K.; Weigel, P.; Meagher, K.; Pollmann Obertacke, A.; Kang, D.; Turcotte, R.; Tselengidou, M.; Iovine, N.; Tung, C. F.; Renzi, G.; Werthebach, J.; Mahn, K. B. M.; Friedman, E.; Schwefer, G.; Jones, B. J. P.; Philippen, S.; Halliday, R.; De Clercq, C.; Meighen-Berger, S.; Yoshida, S.; Desai, A.; Hill, C.; Tischbein, F.; Schmidt, T.; Peters, L.; Saffer, J.; Tollefson, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Dembinski, H.; Tjus Becker, J.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Schieler, H.; Koskinen, D. J.; Classen, L.; Finley, C.; Beatty, J. J.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Ashida, Y.; Li, Y.; Brinson, B.; Evans, J.; Kowalski, Marek; Spiczak, G. M.; Hettinger, E. C.; Tönnis, C.; Popovych, Y.; Dunkman, M.; Moulai, M.; Kopper, S.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Henningsen, F.; Stürwald, T.; Paudel, E. N.; Böser, S.; Larson, M. J.; Sampathkumar, P.; Walck, C.; Bindig, D.; Valtonen-Mattila, N.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Mariş, I. C.; Kauer, M.; Basu, V.; Park, N.; Weldert, J.; Ghadimi, A.; Plum, M.; Glaser, C.; Reimann, R.; Willey, N.; Stachurska, Juliana; Dujmovic, H.; Besson, D. Z.; Leszczyńska, A.; Ishihara, A.; Seckel, D.; Weindl, A.; Fiedlschuster, S.; Verpoest, S.

Preprint

PUBDB-2022-04238

Framework and tools for the simulation and analysis of the radio emission from air showers at IceCube

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Ahrens, M. ; Alameddine, J. M. ; Alves, A. A. ; Amin, N. M. ; Andeen, K. ; Anderson, T. ; Anton, G.Extern* ; Argüelles, C. ; Ashida, Y. ; Axani, S. ; Bai, X. ; V. Balagopal, A. ; Barwick, S. W. ; Bastian-Querner, B.Extern*DESY* ; Basu, V. ; Baur, S. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker, K.-H. ; Tjus Becker, J. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; Benda, S. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E.Extern* ; Besson, D. Z.Extern* ; Binder, G. ; Bindig, D. ; Blaufuss, E. ; Blot, S. ; Boddenberg, M. ; Bontempo, F. ; Book, J. Y. ; Borowka, J. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Bourbeau, E. ; Bradascio, F.DESY* ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Bron, S. ; Brostean-Kaiser, J.DESY* ; Burley, R. T. ; Busse, R. S. ; Campana, M. A. ; Carnie-Bronca, E. G. ; Chen, C. ; Chen, Z. ; Chirkin, D. ; Choi, K. ; Clark, B. A. ; Clark, K. ; Classen, L. ; Coleman, A. ; Collin, G. H. ; Connolly, A. ; Conrad, J. M. ; Coppin, P. ; Correa, P. ; Cowen, D. F. ; Cross, R. ; Dappen, C. ; Dave, P. ; De Clercq, C. ; DeLaunay, J. J. ; López, D. D. ; Dembinski, H. ; Deoskar, K. ; Desai, A. ; Desiati, P. ; de Vries, K. D. ; de Wasseige, G. ; de With, M. ; DeYoung, T. ; Diaz, A. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dittmer, M. ; Dujmovic, H. ; Dunkman, M. ; DuVernois, M. A. ; Ehrhardt, T. ; Eller, P. ; Engel, R. ; Erpenbeck, H. ; Evans, J. ; Evenson, P. A. ; Fan, K. L. ; Fazely, A. R. ; Fedynitch, A. ; Feigl, N. ; Fiedlschuster, S. ; Fienberg, A. T.Extern* ; Finley, C. ; Fischer, L.DESY* ; Fox, D. ; Franckowiak, A.Extern* ; Friedman, E. ; Fritz, A. ; Fürst, P. ; Gaisser, T. K. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Garrappa, S. ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Glaser, C.Extern* ; Glauch, T. ; Glüsenkamp, T.DESY* ; Goehlke, N. ; Gonzalez, J. G. ; Goswami, S. ; Grant, D. ; Grégoire, T. ; Griswold, S. ; Günther, C. ; Gutjahr, P. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halliday, R. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Minh Ha, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Haungs, A. ; Hebecker, D.Extern* ; Helbing, K. ; Henningsen, F. ; Hettinger, E. C. ; Hickford, S. ; Hignight, J. ; Hill, C. ; Hill, G. C. ; Hoffman, K. D. ; Hoshina, K. ; Hou, W. ; Huang, F. ; Huber, M. ; Huber, T. ; Hultqvist, K. ; Hünnefeld, M. ; Hussain, R. ; Hymon, K. ; In, S. ; Iovine, N. ; Ishihara, A. ; Jansson, M. ; Japaridze, G. S. ; Jeong, M. ; Jin, M. ; Jones, B. J. P. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kang, X. ; Kappes, A. ; Kappesser, D. ; Kardum, L. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katz, U. ; Kauer, M. ; Kellermann, M. ; Kelley, J. L. ; Kheirandish, A. ; Kin, K. ; Kintscher, T.DESY* ; Kiryluk, J. ; Klein, S. R. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H.Extern* ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Kopper, S. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kovacevich, M. ; Kowalski, M.DESY* ; Kozynets, T. ; Krupczak, E. ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N. N.DESY* ; Gualda, C. L. ; Lanfranchi, J. L. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Lee, J. W. ; Leonard, K. ; Leszczyńska, A. ; Li, Y. ; Lincetto, M. ; Liu, Q. R. ; Liubarska, M. ; Lohfink, E. ; Mariscal, C. J. L. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Ludwig, A. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Ma, W. Y. ; Madsen, J. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Mancina, S. ; Mariş, I. C. ; Martinez-Soler, I. ; Maruyama, R. ; McCarthy, S. ; McElroy, T. ; McNally, F. ; Mead, J. V. ; Meagher, K. ; Mechbal, S. ; Medina, A. ; Meier, M. ; Meighen-Berger, S. ; Micallef, J. ; Mockler, D. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morse, R. ; Moulai, M. ; Mukherjee, T. ; Naab, R. ; Nagai, R. ; Naumann, U. ; Necker, J. ; Nguyen, L. V. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Nowicki, S. C. ; Pollmann Obertacke, A. ; Oehler, M. ; Oeyen, B. ; Olivas, A. ; O'Sullivan, E. ; Pandya, H. ; Pankova, D. V. ; Park, N. ; Parker, G. K. ; Paudel, E. N. ; Paul, L. ; Heros Pérez de los, C. ; Peters, L. ; Peterson, J. ; Philippen, S. ; Pieper, S. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Popovych, Y. ; Porcelli, A. ; Rodriguez, M. P. ; Pries, B. ; Przybylski, G. T. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Raissi, A. ; Rameez, M. ; Rawlins, K. ; Rea, I. C. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Reichherzer, P. ; Reimann, R. ; Renzi, G. ; Resconi, E. ; Reusch, S.DESY* ; Rhode, W. ; Richman, M. ; Riedel, B. ; Roberts, E. J. ; Robertson, S. ; Roellinghoff, G. ; Rongen, M. ; Rott, C. ; Ruhe, T.DESY* ; Ryckbosch, D. ; Cantu, D. R. ; Safa, I. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Herrera, S. E. S. ; Sandrock, A. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Satalecka, K.DESY* ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schmidt, T. ; Schneider, A. ; Schneider, J. ; Schröder, F. G. ; 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. ; Soldin, D. ; Spannfellner, C. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C.DESY* ; Stachurska, J.DESY* ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stein, R.DESY* ; Stettner, J. ; Stezelberger, T. ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Ter-Antonyan, S. ; Thwaites, J. ; Tilav, S. ; Tischbein, F. ; Tollefson, K. ; Tönnis, C. ; Toscano, S. ; Tosi, D.Extern* ; Trettin, A.Extern*DESY* ; Tselengidou, M. ; Tung, C. F. ; Turcati, A. ; Turcotte, R. ; Turley, C. F. ; Twagirayezu, J. P. ; Ty, B. ; Elorrieta Unland, M. A. ; Valtonen-Mattila, N. ; Vandenbroucke, J. ; van Eijndhoven, N. ; Vannerom, D. ; van Santen, J. ; Veitch-Michaelis, J. ; Verpoest, S. ; Walck, C. ; Wang, W. ; Watson, T. B. ; Weaver, C. ; Weigel, P.Extern* ; Weindl, A. ; Weiss, M. J. ; Weldert, J. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Weyrauch, M. ; Whitehorn, N. ; Wiebusch, C. H. ; Willey, N. ; Williams, D. R. ; Wolf, M. ; Wrede, G. ; Wulff, J. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)DESY*

2022

This record in other databases:

Report No.: arXiv:2205.02258

Abstract: The Surface Enhancement of the IceTop air-shower array will include the addition of radio antennas and scintillator panels, co-located with the existing ice-Cherenkov tanks and covering an area of about 1 km$^{2}$. Together, these will increase the sensitivity of the IceCube Neutrino Observatory to the electromagnetic and muonic components of cosmic-ray-induced air showers at the South Pole. The inclusion of the radio technique necessitates an expanded set of simulation and analysis tools to explore the radio-frequency emission from air showers in the 70 MHz to 350 MHz band. In this paper we describe the software modules that have been developed to work with time- and frequency-domain information within IceCube's existing software framework, IceTray, which is used by the entire IceCube collaboration. The software includes a method by which air-shower simulation, generated using CoREAS, can be reused via waveform interpolation, thus overcoming a significant computational hurdle in the field.

Keyword(s): showers: atmosphere ; IceCube: sensitivity ; IceCube: surface ; programming ; air ; observatory ; electromagnetic ; radio wave: emission ; radio wave: detector ; pole ; enhancement ; scintillation counter ; Simulation methods and programs ; Antennas ; Software architectures (event data models, frameworks and databases) ; Data analysis