Abstract
IceCube is a cubic-kilometer Cherenkov telescope operating at the South Pole. The main goal of IceCube is the detection of astrophysical neutrinos and the identification of their sources. High-energy muon neutrinos are observed via the secondary muons produced in charge current interactions with nuclei in the ice. Currently, the best performing muon track directional reconstruction is based on a maximum likelihood method using the arrival time distribution of Cherenkov photons registered by the experiment's photomultipliers. A known systematic shortcoming of the prevailing method is to assume a continuous energy loss along the muon track. However at energies >1 TeV the light yield from muons is dominated by stochastic showers. This paper discusses a generalized ansatz where the expected arrival time distribution is parametrized by a stochastic muon energy loss pattern. This more realistic parametrization of the loss profile leads to an improvement of the muon angular resolution of up to 20% for through-going tracks and up to a factor 2 for starting tracks over existing algorithms. Additionally, the procedure to estimate the directional reconstruction uncertainty has been improved to be more robust against numerical errors.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | P08034 |
| Journal | Journal of Instrumentation |
| Volume | 16 |
| Issue number | 8 |
| DOIs | |
| State | Published - Aug 2021 |
Keywords
- Cherenkov detectors
- Data analysis
- Neutrino detectors
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Dive into the research topics of 'A muon-track reconstruction exploiting stochastic losses for large-scale Cherenkov detectors'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Journal of Instrumentation, Vol. 16, No. 8, P08034, 08.2021.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - A muon-track reconstruction exploiting stochastic losses for large-scale Cherenkov detectors
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N1 - Publisher Copyright: © 2021 The Author(s).
PY - 2021/8
Y1 - 2021/8
N2 - IceCube is a cubic-kilometer Cherenkov telescope operating at the South Pole. The main goal of IceCube is the detection of astrophysical neutrinos and the identification of their sources. High-energy muon neutrinos are observed via the secondary muons produced in charge current interactions with nuclei in the ice. Currently, the best performing muon track directional reconstruction is based on a maximum likelihood method using the arrival time distribution of Cherenkov photons registered by the experiment's photomultipliers. A known systematic shortcoming of the prevailing method is to assume a continuous energy loss along the muon track. However at energies >1 TeV the light yield from muons is dominated by stochastic showers. This paper discusses a generalized ansatz where the expected arrival time distribution is parametrized by a stochastic muon energy loss pattern. This more realistic parametrization of the loss profile leads to an improvement of the muon angular resolution of up to 20% for through-going tracks and up to a factor 2 for starting tracks over existing algorithms. Additionally, the procedure to estimate the directional reconstruction uncertainty has been improved to be more robust against numerical errors.
AB - IceCube is a cubic-kilometer Cherenkov telescope operating at the South Pole. The main goal of IceCube is the detection of astrophysical neutrinos and the identification of their sources. High-energy muon neutrinos are observed via the secondary muons produced in charge current interactions with nuclei in the ice. Currently, the best performing muon track directional reconstruction is based on a maximum likelihood method using the arrival time distribution of Cherenkov photons registered by the experiment's photomultipliers. A known systematic shortcoming of the prevailing method is to assume a continuous energy loss along the muon track. However at energies >1 TeV the light yield from muons is dominated by stochastic showers. This paper discusses a generalized ansatz where the expected arrival time distribution is parametrized by a stochastic muon energy loss pattern. This more realistic parametrization of the loss profile leads to an improvement of the muon angular resolution of up to 20% for through-going tracks and up to a factor 2 for starting tracks over existing algorithms. Additionally, the procedure to estimate the directional reconstruction uncertainty has been improved to be more robust against numerical errors.
KW - Cherenkov detectors
KW - Data analysis
KW - Neutrino detectors
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85114046088&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1088/1748-0221/16/08/P08034
DO - 10.1088/1748-0221/16/08/P08034
M3 - Article
AN - SCOPUS:85114046088
SN - 1748-0221
VL - 16
JO - Journal of Instrumentation
JF - Journal of Instrumentation
IS - 8
M1 - P08034
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