Fast Low Energy Reconstruction using Convolutional Neural Networks

Abbasi, R.; Hill, G. C.; Krieger, N.; Koirala, R.; Shah, R.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Huber, T.; Durnford, D.; Procter-Murphy, R.; Sommani, G.; Przybylski, G. T.; Yildizci, E.; Snihur, R.; Dueser, L.; Seunarine, S.; Finley, C.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Balagopal, A.; Kamp, N.; Jin, M.; Hymon, K.; Amin, N. M.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Mitchell, 𝑓. J.; Bash, S.; Thompson, W. G.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Necker, J.; Pernice, T.; Thwaites, J.; Nakos, M.; Ruohan, L.; Ruhe, T.; Kozynets, T.; Pyras, L.; Makino, Y.; Lyu, Y.; Reistroffer, I.; Witthaus, L.; Robertson, S.; Seo, M.; Rhode, W.; Butterfield, D.; Unland Elorrieta, M. A.; Bloom, L.; Niederhausen, H.; Dutta, K.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Soldin, P.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Prado Rodriguez, M.; Santander, M.; Book Motzkin, J. Y.; Domi, A.; Alameddine, J. M.; Agarwalla, S. K.; Wolf, M.; Koundal, P.; Sarkar, S.; Besson, 𝑐. D. Z.; Soedingrekso, J.; Roberts, E. J.; Jeong, M.; Fazely, A. R.; Esmail, W.; Klein, C.; Mechbal, S.; Krupczak, E.; Ehrhardt, T.; Collin, G. H.; Vereecken, M.; Gutjahr, P.; Spiering, C.; Schlüter, F.; Parenti, A.; Upadhyay, A. K.; Zhang, S.; Madsen, J.; Kumar, A.; Merckx, Y.; Lazar, J. P.; Tilav, S.; Sainte, W. Marie; Deng, S.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Pries, B.; Resconi, E.; Parrish, V.; Veitch-Michaelis, J.; Kelley, J. L.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Krishnamoorthi, J.; Behrens, 𝑏. P.; Baricevic, M.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Micallef, J.; Engel, R.; Hickford, S.; Silva, M.; Popovych, Y.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Duvernois, M. A.; Guevel, D.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Halzen, F.; Bellenghi, C.; Liu, Y. T.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Hewett, R.; Kolanoski, H.; Poojyam, V.; Luszczak, W.; Thiesmeyer, M.; Adams, J.; Sclafani, S.; Ellinger, E.; Khatee Zathul, A.; Mayhew, F.; Ha Minh, M.; Schlüter, B.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Maruyama, R.; Draper, L.; Sullivan, G. W.; Rehman, A.; Søgaard, A.; Seen, L.; Grant, D.; Chirkin, D.; Schaufel, M.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Hennig, L.; Morii, Y.; Köpke, L.; Hatch, P.; Varsi, F.; Ya\~nez, J. P.; Kopper, C.; Taboada, I.; Hmaid, R.; Deyoung, T.; Vaidyanathan, A.; Campana, M. A.; Klein, S. R.; Hidvegi, A.; Mukherjee, T.; Lad, N.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Marka, Z.; Novikov, A.; Cowen, D. F.; Groth, K. M.; Lamoureux, M.; Hamacher, L.; Krishnan, 𝑎. T.; Benzvi, S.; Peterson, J.; Bernardini, E.; Katil, A.; Kang, X.; Mand, 𝑒. A.; Berley, D.; Chattopadhyay, S.; Neste, L.; Bai, X.; Hussain, R.; Dikerby, S.; Schmeisser, N.; Wendt, C.; Hardin, J.; Karg, Timo; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Sevle Myhr, P. A.; Farrag, K.; Young, R.; Lu, L.; Karl, M.; Schlickmann, L.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Coleman, P.; Handt, M.; Van Eeden, T.; Eimer, A.; Zimmerman, M.; Leonard Deholton, K.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Janik, O.; Wrede, G.; Hellrung, J.; Harnisch, A. A.; Lauber, F.; Pérez De Los Heros, C.; Gerhardt, L.; Reusch, S.; O'sullivan, E.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Boscolo Meneguolo, C.; Van Santen, J.; Braun, J.; Goswami, S.; Hori, S.; Clark, B. A.; Eller, P.; Safa, I.; Paul, L.; Burley, R. T.; Warrick, E.; Zegarelli, A.; Thakuri, A.; O'dell, V.; Gallagher, J.; Orsoe, R.; Griffin, S.; Yu, F.; Walck, C.; Shefali, S.; Granados, A.; Garcia, A.; Botner, O.; Häußler, J.; Wiebusch, C. H.; Becker Tjus, J.; Hanson, K.; Savina, P.; Athanasiadou, S.; Xu, X. W.; Garg, G.; Halve, L.; Vijai, A.; Nisa, M. U.; Valtonen-Mattila, N.; Erpenbeck, H.; Marka, S.; Zilberman, P.; Corley, R.; Lagunas Gualda, C.; Hultqvist, K.; Fedynitch, A.; Noda, K.; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Böser, 𝑐. S.; Van Eijndhoven, N.; Evenson, P. A.; Rad, N.; Schmidt, T.; Pizzuto, A.; Hoshina, K.; Magnus, E.; Chau, 𝑎. N.; Kowalski, M.; Fürst, P.; Böttcher, J.; Villarreal, J.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; De Vries, K. D.; Zhang, Z.; Hou, W.; Choi, S.; Genton, 𝑎. E.; Connolly, A.; Axani, S. N.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Manao, E.; Rongen, M.; Günther, C.; Trettin, A.; Martinez-Soler, I.; Carloni, K.; Soldin, D.; Vandenbroucke, J.; Terliuk, A.; Kobayashi, Y.; Heuermann, L.; Carpio, J.; Ackermann, Markus; Molchany, L.; Schaile, P.; Stachurska, J.; Gray, S. J.; Werthebach, J.; Kun, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; Desiati, P.; Coleman, A.; Weaver, C.; Morse, R.; 𝑎, J. A.; Weigel, P.; Neumann, M.; Meagher, K.; Schwirn, S.; Upshaw, 𝑎. K.; Veske, D.; Kang, D.; Heyer, N.; Eidenschink, L.; Fischer, L.; Plum, M.; Mahn, K. B. M.; De Clercq, C.; Yoshida, S.; Desai, A.; Hill, C.; Ha, C.; Rifaie, A.; Vara, J.; Vergara Carrasco, S.; Osborn, J.; Love, C.; Saffer, J.; Rodan, S.; Fang, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Venugopal, M.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Schieler, H.; Koskinen, D. J.; Liao, J.; Rosted, A.; Iwakiri, W.; Marten, L.; Aguilar; Beatty, J. J.; Mcnally, F.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Ashida, Y.; Brinson, B.; Jain, S.; Evans, J.; Spiczak, G. M.; Tönnis, C.; Bay, R.; Khanal, M.; Elsässer, D.; Kimku, H.; Delaunay, J. J.; Moulai, M.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Stürwald, T.; Rho, C. D.; Willison, J.; Paudel, E. N.; Ravn, M.; Larson, M. J.; Jacquart, M.; Merten, L.; Sampathkumar, P.; Kruiswijk, K.; Babu, R.; Seikh, M.; Tollefson, K.; Savelberg, J.; Pollmann, A. Obertacke; Ishihara, A.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Zhelnin, P.; Mosbrugger, A.; Mariş, I. C.; Kauer, M.; Brisson-Tsavoussis, Z.; Basu, V.; Fukami, S.; Park, N.; Ghadimi, A.; Pontén, A.; Glaser, C.; Wen, A. Y.; Delgado, D.; Wang, A.; Palusova, V.; Dujmovic, H.; Noell, A.; Leszczyńska, A.; De Wasseige, G.; Glüsenkamp, T.; Seckel, D.; Garcia, M.; Weindl, A.; Hostert, 𝑑. M.; Verpoest, S.

Preprint

PUBDB-2025-05428

Fast Low Energy Reconstruction using Convolutional Neural Networks

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Agarwalla, S. K. ; 𝑎, J. A. ; Aguilar ; Ahlers, M. ; Alameddine, J. M. ; Amin, N. M. ; Andeen, K. ; Argüelles, C. ; Ashida, Y. ; Athanasiadou, S. ; Axani, S. N. ; Babu, R. ; Bai, X. ; Balagopal, A. ; Baricevic, M. ; Barwick, S. W. ; Bash, S. ; Basu, V. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker Tjus, J. ; Behrens, 𝑏. P. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; Benzvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E. ; Besson, 𝑐. D. Z. ; Blaufuss, E. ; Bloom, L. ; Blot, S. ; Bontempo, F. ; Book Motzkin, J. Y. ; Boscolo Meneguolo, C. ; Böser, 𝑐. S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Brisson-Tsavoussis, Z. ; Burley, R. T. ; Butterfield, D. ; Campana, M. A. ; Carloni, K. ; Carpio, J. ; Chattopadhyay, S. ; Chau, 𝑎. N. ; Chen, Z. ; Chirkin, D. ; Choi, S. ; Clark, B. A. ; Coleman, A. ; Coleman, P. ; Collin, G. H. ; Connolly, A. ; Conrad, J. M. ; Corley, R. ; Cowen, D. F. ; De Clercq, C. ; Delaunay, J. J. ; Delgado, D. ; Deng, S. ; Desai, A. ; Desiati, P. ; De Vries, K. D. ; De Wasseige, G. ; Deyoung, T. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dikerby, S. ; Dittmer, M. ; Domi, A. ; Draper, L. ; Dueser, L. ; Dujmovic, H. ; Durnford, D. ; Dutta, K. ; Duvernois, M. A. ; Ehrhardt, T. ; Eidenschink, L. ; Eimer, A. ; Eller, P. ; Ellinger, E. ; Elsässer, D. ; Engel, R. ; Erpenbeck, H. ; Esmail, W. ; Evans, J. ; Evenson, P. A. ; Fan, K. L. ; Fang, K. ; Farrag, K. ; Fazely, A. R. ; Fedynitch, A. ; Feigl, N. ; Finley, C. ; Fischer, L. ; Fox, D. ; Franckowiak, A. ; Fukami, S. ; Fürst, P. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Garcia, M. ; Garg, G. ; Genton, 𝑎. E. ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Glaser, C. ; Glüsenkamp, T. ; Gonzalez, J. G. ; Goswami, S. ; Granados, A. ; Grant, D. ; Gray, S. J. ; Griffin, S. ; Griswold, S. ; Groth, K. M. ; Guevel, D. ; Günther, C. ; Gutjahr, P. ; Ha, C. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Hamacher, L. ; Ha Minh, M. ; Handt, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Hatch, P. ; Haungs, A. ; Häußler, J. ; Helbing, K. ; Hellrung, J. ; Hennig, L. ; Heuermann, L. ; Hewett, R. ; Heyer, N. ; Hickford, S. ; Hidvegi, A. ; Hill, C. ; Hill, G. C. ; Hmaid, R. ; Hoffman, K. D. ; Hori, S. ; Hoshina, K. ; Hostert, 𝑑. M. ; Hou, W. ; Huber, T. ; Hultqvist, K. ; Hussain, R. ; Hymon, K. ; Ishihara, A. ; Iwakiri, W. ; Jacquart, M. ; Jain, S. ; Janik, O. ; Jansson, M. ; Jeong, M. ; Jin, M. ; Kamp, N. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kang, X. ; Kappes, A. ; Kardum, L. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katil, A. ; Kauer, M. ; Kelley, J. L. ; Khanal, M. ; Khatee Zathul, A. ; Kheirandish, A. ; Kimku, H. ; Kiryluk, J. ; Klein, C. ; Klein, S. R. ; Kobayashi, Y. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H. ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kowalski, M. ; Kozynets, T. ; Krieger, N. ; Krishnamoorthi, J. ; Krishnan, 𝑎. T. ; Kruiswijk, K. ; Krupczak, E. ; Kumar, A. ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N. ; Lagunas Gualda, C. ; Lamoureux, M. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Leonard Deholton, K. ; Leszczyńska, A. ; Liao, J. ; Liu, Y. T. ; Liubarska, M. ; Love, C. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Madsen, J. ; Magnus, E. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Manao, E. ; Mancina, S. ; Mand, 𝑒. A. ; Sainte, W. M. ; Mariş, I. C. ; Marka, S. ; Marka, Z. ; Marten, L. ; Martinez-Soler, I. ; Maruyama, R. ; Mayhew, F. ; Mcnally, F. ; Mead, J. V. ; Meagher, K. ; Mechbal, S. ; Medina, A. ; Meier, M. ; Merckx, Y. ; Merten, L. ; Micallef, J. ; Mitchell, 𝑓. J. ; Molchany, L. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morii, Y. ; Morse, R. ; Mosbrugger, A. ; Moulai, M. ; Mukherjee, T. ; Naab, R. ; Nakos, M. ; Naumann, U. ; Necker, J. ; Neste, L. ; Neumann, M. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Noda, K. ; Noell, A. ; Novikov, A. ; Pollmann, A. O. ; O'dell, V. ; Olivas, A. ; Orsoe, R. ; Osborn, J. ; O'sullivan, E. ; Palusova, V. ; Pandya, H. ; Parenti, A. ; Park, N. ; Parrish, V. ; Paudel, E. N. ; Paul, L. ; Pérez De Los Heros, C. ; Pernice, T. ; Peterson, J. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Pontén, A. ; Poojyam, V. ; Popovych, Y. ; Prado Rodriguez, M. ; Pries, B. ; Procter-Murphy, R. ; Przybylski, G. T. ; Pyras, L. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Rad, N. ; Ravn, M. ; Rawlins, K. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Reistroffer, I. ; Resconi, E. ; Reusch, S. ; Rho, C. D. ; Rhode, W. ; Riedel, B. ; Rifaie, A. ; Roberts, E. J. ; Robertson, S. ; Rodan, S. ; Rongen, M. ; Rosted, A. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ruohan, L. ; Safa, I. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Sandrock, A. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Savelberg, J. ; Savina, P. ; Schaile, P. ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schlickmann, L. ; Schlüter, B. ; Schlüter, F. ; Schmeisser, N. ; Schmidt, T. ; Schröder, F. G. ; Schumacher, L. ; Schwirn, S. ; Sclafani, S. ; Seckel, D. ; Seen, L. ; Seikh, M. ; Seo, M. ; Seunarine, S. ; Sevle Myhr, P. A. ; Shah, R. ; Shefali, S. ; Shimizu, N. ; Silva, M. ; Skrzypek, B. ; Snihur, R. ; Soedingrekso, J. ; Søgaard, A. ; Soldin, D. ; Soldin, P. ; Sommani, G. ; Spannfellner, C. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C. ; Stachurska, J. ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stezelberger, T. ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Ter-Antonyan, S. ; Terliuk, A. ; Thakuri, A. ; Thiesmeyer, M. ; Thompson, W. G. ; Thwaites, J. ; Tilav, S. ; Tollefson, K. ; Tönnis, C. ; Toscano, S. ; Tosi, D. ; Trettin, A. ; Unland Elorrieta, M. A. ; Upadhyay, A. K. ; Upshaw, 𝑎. K. ; Vaidyanathan, A. ; Valtonen-Mattila, N. ; Vandenbroucke, J. ; Van Eeden, T. ; Van Eijndhoven, N. ; Van Santen, J. ; Vara, J. ; Varsi, F. ; Veitch-Michaelis, J. ; Venugopal, M. ; Vereecken, M. ; Vergara Carrasco, S. ; Verpoest, S. ; Veske, D. ; Vijai, A. ; Villarreal, J. ; Walck, C. ; Wang, A. ; Warrick, E. ; Weaver, C. ; Weigel, P. ; Weindl, A. ; Wen, A. Y. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Weyrauch, M. ; Whitehorn, N. ; Wiebusch, C. H. ; Williams, D. R. ; Willison, J. ; Witthaus, L. ; Wolf, M. ; Wrede, G. ; Xu, X. W. ; Ya\~nez, J. P. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Young, R. ; Yu, F. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zegarelli, A. ; Zhang, S. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; Zilberman, P. ; Zimmerman, M. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)DESY*

2025

[10.3204/PUBDB-2025-05428]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.3204/PUBDB-2025-05428

Report No.: arXiv:2505.16777

Abstract: IceCube is a Cherenkov detector instrumenting over a cubic kilometer of glacial ice deep under the surface of the South Pole. The DeepCore sub-detector lowers the detection energy threshold to a few GeV, enabling the precise measurements of neutrino oscillation parameters with atmospheric neutrinos. The reconstruction of neutrino interactions inside the detector is essential in studying neutrino oscillations. It is particularly challenging to reconstruct sub-100 GeV events with the IceCube detectors due to the relatively sparse detection units and detection medium. Convolutional neural networks (CNNs) are broadly used in physics experiments for both classification and regression purposes. This paper discusses the CNNs developed and employed for the latest IceCube-DeepCore oscillation measurements. These CNNs estimate various properties of the detected neutrinos, such as their energy, direction of arrival, interaction vertex position, flavor-related signature, and are also used for background classification.

Contributing Institute(s):