Neutrino interaction vertex reconstruction in DUNE with Pandora deep learning

The Pandora Software Development Kit and algorithm libraries perform reconstruction of neutrino interactions in liquid argon time projection chamber detectors. Pandora is the primary event reconstruction software used at the Deep Underground Neutrino Experiment, which will operate four large-scale l...

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Detalhes bibliográficos
Autores: Abud, A.A., Acciarri, R., Acero, M.A., Adames, M.R., Adamov, G., Adamowski, M., Adams, D., Adinolfi, M., Adriano, C., Aduszkiewicz, A., Aguilar, J., Bernal, J., Rosauro-Alcaraz, S., Rosier, P., Ross, D., Rossella, M., Rossi, M., Roy, N., Roy, P., Rubbia, C., Rudik, D., Ruggeri, A., Bernardini, P., Ruiz Ferreira, G., Rushiya, K., Russell, B., Sacerdoti, S., Saduyev, N., Sahoo, S.K., Sahu, N., Sakhiyev, S., Sala, P., Salmoria, G., Bersani, A., Samanta, S., Samios, N., Sanchez, M.C., Sánchez Bravo, A., Sánchez-Castillo, A., Sanchez-Lucas, P., Sanders, D.A., Sanfilippo, S., Santoro, D., Saoulidou, N., Bertolini, E., Sapienza, P., Sarcevic, I., Sarra, I., Savage, G., Savinov, V., Scanavini, G., Scaramelli, A., Scarff, A., Schefke, T., Schellman, H., Bertolucci, S., Schifano, S., Schlabach, P., Schmitz, D., Schneider, A.W., Scholberg, K., Schukraft, A., Schuld, B., Schwartz, S., Segade, A., Segreto, E., Betancourt, M., Senise, C.R., Sensenig, J., Seppela, D., Shaevitz, M.H., 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Formato: artículo
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2025
País:España
Recursos:Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Repositorio:DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
OAI Identifier:oai:dnet:digitalcsic_::b7353f692d2692eff5f82e41b27a90e2
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10261/429103
https://www.scopus.com/pages/publications/105016460910?origin=resultslist
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:Argon
Atomic physics
Charged particles
Learning algorithms
Learning systems
Neutrons
Object detection
Particle detectors
Software design
Algorithms library
Event reconstruction
High-resolution images
Interaction vertex
Liquid argon
Neutrino interactions
Reconstruction software
Software development kit
Time projection chambers
Vertex reconstruction
Deep learning
Descrição
Resumo:The Pandora Software Development Kit and algorithm libraries perform reconstruction of neutrino interactions in liquid argon time projection chamber detectors. Pandora is the primary event reconstruction software used at the Deep Underground Neutrino Experiment, which will operate four large-scale liquid argon time projection chambers at the far detector site in South Dakota, producing high-resolution images of charged particles emerging from neutrino interactions. While these high-resolution images provide excellent opportunities for physics, the complex topologies require sophisticated pattern recognition capabilities to interpret signals from the detectors as physically meaningful objects that form the inputs to physics analyses. A critical component is the identification of the neutrino interaction vertex. Subsequent reconstruction algorithms use this location to identify the individual primary particles and ensure they each result in a separate reconstructed particle. A new vertex-finding procedure described in this article integrates a U-ResNet neural network performing hit-level classification into the multi-algorithm approach used by Pandora to identify the neutrino interaction vertex. The machine learning solution is seamlessly integrated into a chain of pattern-recognition algorithms. The technique substantially outperforms the previous BDT-based solution, with a more than 20% increase in the efficiency of sub-1 cm vertex reconstruction across all neutrino flavours. © The Author(s) 2025.