Automated proton track identification in MicroBooNE using gradient boosted decision trees
MicroBooNE是一个液态氩时间投影室（LArTPC）中微子实验，目前正在费米实验室的助推器中微子束中运行。LArTPC技术允许中微子相互作用的高分辨率三维表示。正在积极开发各种各样的软件工具，用于自动重建和选择LArTPC中的粒子轨迹。短的、孤立的质子径迹是低动量转移中性流（NC）弹性事件的信号，很容易隐藏在大的宇宙背景中。探测这些低能轨道将使我们能够探测质子自旋结构的有趣区域。选择NC弹性事件的一种有效方法是将高效的轨迹重建算法与使用机器学习算法的高精度颗粒识别相结合，找到所有候选轨迹。我们介绍了我们的工作粒子轨道分类使用梯度树助推软件（XGBoost）和模拟中微子数据的性能。
2017-10-02 hep-ex physics.ins-det
Ionization Electron Signal Processing in Single Phase LArTPCs II. Data/Simulation Comparison and Performance in MicroBooNE
单相液氩时间投影室（LArTPC）提供了大量的详细信息的形式，从粒子痕迹的细粒度漂移电离电荷。为了充分利用这些信息，必须通过强大的信号处理链从原始数字化波形中准确提取沉积的电荷。通过MicroBooNE探测器中与低温电子设备相关的超低噪声水平，从单相LArTPC中的感应线平面精确提取电离电荷在MicroBooNE数据上定性地展示了事件显示图像，并通过波形水平和跟踪水平度量进行了定量展示。改进性能的感应平面量热法证明通过协议提取的电离电荷测量跨不同的线平面的各种事件拓扑结构。除了全面的波形电平比较数据和模拟，低温电子响应的校准和各种MicroBooNE特定TPC问题的解决方案进行了讨论。这项工作提出了一个重要的改进LArTPC信号处理，重建的基础，因此在MicroBooNE物理分析。
2018-06-11 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
MicroBooNE
MicroBooNE实验是一个170吨重的液态氩时间投影室（LArTPC），将于2013年在费米实验室开始运行。它的主要物理目标是探索MiniBooNE实验所看到的事件的低能量过剩，这是研发的下一步，使LAr成为未来大型中微子探测器的可行选择。本次演讲概述了MicroBooNE实验，重点介绍了光收集系统和最新技术进展。
2011-10-07 hep-ex physics.ins-det
The MicroBooNE continuous readout stream for detection of supernova neutrinos
自从1987年首次探测到核心坍缩超新星的中微子以来，所有大型中微子实验都试图探测下一颗附近超新星的中微子。其中，液态氩时间投影室（LArTPC）提供了一个独特的灵敏度的电子中微子通量的超新星。然而，这些事件的低能量（MeV的规模），以及目前所有大型（多吨）LArTPC都位于地球表面附近，因此受到强烈的宇宙射线通量的影响，使得触发超新星中微子非常具有挑战性。相反，MicroBooNE开创了一种基于连续读出流和其他中微子探测器（超新星早期预警系统或SNEWS）产生的延迟触发来探测超新星中微子的新方法。MicroBooNE的数据会暂时存储几天，等待SNEWS警报提示永久记录数据。为了应对由MicroBooNE的TPC和PMT系统的连续读出产生的大数据速率，已经开发了基于FPGA的零抑制算法。
2019-07-04 hep-ex physics.ins-det
PMT Triggering and Readout for the MicroBooNE Experiment
本文介绍了建议PMT读出和触发系统，将用于MicroBooNE LArTPC实验。触发方案的设计是为了研究束中微子事件以及充分表征宇宙射线。此外，探索重要的物理应用，包括氩中的“晚期”闪烁光和μ子衰变的米歇尔电子将是可能的。将讨论各种类型的触发器以及它们如何在组合PMT+TPC读出电子系统中实现。
2013-08-15 hep-ex physics.ins-det
Current and Future Liquid Argon Neutrino Experiments
液氩时间投影室（LArTPC）探测器技术为精确的中微子振荡测量、中微子截面测量和寻找稀有过程（如超新星中微子探测）提供了机会。这些会议回顾了当前和未来的LArTPC中微子实验。特别关注的是ICARUS，MicroBooNE，LAr 1，2-LArTPC在CERN SPS，LBNE，和100千吨在冲绳实验。
2013-04-08 hep-ex physics.ins-det
Accelerator-based Short-baseline Neutrino Oscillation Experiments
在过去的二十年里，几个实验报告了异常的结果，这些结果可能暗示了在$eV^{2}$质量尺度下无菌中微子状态的令人兴奋的可能性。液态氩时间投影室（LArTPC）是一种特别有前途的技术，以探索这一物理，由于其细粒度的跟踪和特殊的量热能力。MicroBooNE实验是一个170吨的LArTPC，计划很快开始使用费米实验室的助推中微子束（BNB）获取数据，将LArTPC的发展与理解MiniBooNE实验所看到的低能电磁异常的主要物理目标相结合。展望未来，MicroBooNE将成为\textit{short-baseline neutrino}计划的一部分，该计划通过增加额外的LArTPC探测器来搜索轻无菌中微子，并为现有的实验异常带来明确的解决方案，从而在许多重要方面扩展了BNB的物理能力。本文将概述基于加速器的短基线中微子振荡计划，重点是MicroBooNE实验，同时强调在不久的将来进一步解决短基线异常的前景。
2015-10-15 hep-ex hep-ph physics.ins-det
MicroBooNE: A New Liquid Argon Time Projection Chamber Experiment
液态氩时间投影室探测器非常适合研究中微子相互作用，并且是未来能够测量表征中微子振荡的参数的大质量探测器的一个有趣的选择。这些探测器将细粒度跟踪与量热法相结合，具有出色的成像和粒子识别能力。在这次演讲中，将介绍MicroBooNE实验的细节，这是一个175吨的LArTPC，将于2011年开始暴露于费米实验室的助推器中微子光束线。MicroBooNE区分电子和光子的能力使实验在低能中微子相互作用测量中具有独特的能力。
2009-10-19 hep-ex physics.ins-det
Characterizing the energy resolution of the MicroBooNE LArTPC at the MeV scale using monoenergetic features of $^{208}$Tl decays
本文利用$^{208}$Tl衰变产生的2.614 MeV γ射线在探测器中的成对产生信号，首次测量了MicroBooNE LArTPC在约1.5 MeV的能量分辨率，结果为(7.52 ± 0.78(统计) ± 0.92(系统))%，与模拟预测一致。
2026-10-14 hep-ex physics.ins-det
Measurement of Space Charge Effects in the MicroBooNE LArTPC Using Cosmic Muons
大型液态氩时间投影室（LArTPC），特别是在表面附近工作的那些，容易受到空间电荷效应的影响。在LArTPC的背景下，空间电荷效应是主要由于来自宇宙射线的电离而在检测器中缓慢移动的正离子的积累，导致检测器内的电场的失真。这种效应导致LArTPC检测器中信号电离电子的重建位置的位移（“空间失真”），以及导致整个TPC体积中电离所经历的电子-离子复合量的变化。我们提出的技术，可用于测量和校正空间电荷效应在大型LArTPC利用宇宙μ子，包括使用轨道对明确地钉在三维空间失真。使用蒙特卡罗模拟和MicroBooNE数据，利用紫外激光系统作为一种手段来估计与校准方法相关的系统偏差，这些校准技术的性能进行了研究。
2020-11-09 hep-ex physics.ins-det
Optimal Transport for $e/π^0$ Particle Classification in LArTPC Neutrino Experiments
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Kavli Institute for Theoretical Physics, Santa Barbara, CA USA（卡弗里理论物理研究所）
本文利用最优传输方法在液态氩时间投影室中实现e/π⁰粒子分类，展示了该方法在中微子实验中的高效性和潜力。
2026-02-19 hep-ex hep-ph physics.ins-det
High-performance Generic Neutrino Detection in a LArTPC near the Earth's Surface with the MicroBooNE Detector
针对近地表LArTPC中微子探测器受宇宙线本底干扰的问题，提出基于Wire-Cell的新型通用探测技术，在MicroBooNE实验中大幅压低本底同时保持高信号效率，助力近地表中微子振荡实验目标达成。
2021-08-19 hep-ex physics.ins-det
Cosmic Ray Background Rejection with Wire-Cell LArTPC Event Reconstruction in the MicroBooNE Detector
对于在地球表面或近地表运行的大型液氩时间投影室（LArTPC），由于其大的宇宙线通量和长的漂移时间，对宇宙起源背景的抑制是一个关键和具有挑战性的任务。我们介绍了一个优越的宇宙背景拒绝程序的基础上的线元三维（3D）事件重建LArTPC。从初始的1：20，000中微子宇宙射线背景比，我们证明了这些工具的数据从MicroBooNE实验，并创建一个高性能的通用中微子事件选择与宇宙污染的14.9%（9.7%）的可见光能量区域大于O（200）~MeV。中微子相互作用的选择效率分别为80.4%和87.6%，其中包含$ν_μ$和$ν_e$两种带电相互作用.与现有的重建算法相比，这种显着提高的性能标志着实现LArTPC中微子振荡实验在地球表面附近运行的科学目标的一个重要里程碑。
2021-06-30 hep-ex physics.ins-det
Michel Electron Reconstruction Using Cosmic-Ray Data from the MicroBooNE LArTPC
自2015年以来，MicroBooNE液氩时间投影室（LArTPC）一直在费米实验室收集数据，除了中微子束外，还收集宇宙射线μ子。结果上的重建米歇尔电子产生的宇宙射线μ子的衰变在休息。TPC中大量产生Michel电子，并且鉴于其众所周知的能谱，可以用于研究MicroBooNE的探测器对低能电子（能量高达~50 MeV的电子）的响应。我们描述了开发用于重建米歇尔电子的全自动算法，使用该算法获得了约14，000个米歇尔电子候选者的样本。本文的大部分内容致力于研究米歇尔电子产生的辐射光子对其能量测量的准确性和分辨率的影响。在这个能量范围内，电离和韧致辐射光子的产生有助于类似的电子能量损失在氩气中，导致一个复杂的电子拓扑结构中的TPC。通过分析模拟重建算法的性能，我们表明，识别和包括由辐射光子沉积的能量的能力导致低能电子的能量测量的显着改善。当我们试图在重建中包括辐射光子时，我们测量的分数能量分辨率从超过30%提高到~20%。这些研究与大量的分析有关，这些分析旨在通过测量在宽能量范围内由$ν_e$相互作用产生的电子来研究中微子。
2017-08-30 hep-ex physics.ins-det
Novel Approach for Evaluating Detector-Related Uncertainties in a LArTPC Using MicroBooNE Data
当前和未来使用液氩时间投影室（LArTPC）进行精密中微子实验的主要挑战包括理解探测器效应和量化相关的系统不确定性。本文提出了一种新的技术评估和传播LArTPC探测器相关的系统不确定性。该技术基于数据和模拟之间的TPC电离信号中观察到的差异的参数化对模拟波形进行修改，同时保持对检测器模型的细节不敏感。然后使用修改来量化低级别和高级别重建量的系统差异。这种方法可以应用于未来的LArTPC探测器，如SBN和DUNE中使用的探测器。
2022-06-16 hep-ex physics.ins-det
Determination of muon momentum in the MicroBooNE LArTPC using an improved model of multiple Coulomb scattering
讨论了在MicroBooNE液氩时间投影室（LArTPC）中利用多次库仑散射（MCS）测量带电粒子动量的技术。该方法不需要像其他轨道动量重建方法（基于距离的动量重建和量热动量重建）那样将完整的粒子电离轨道包含在检测器体积内。我们激励使用这种技术，描述了调整的基本唯象公式，量化其性能完全包含的束中微子诱导的μ子轨道在模拟和数据中，并量化其性能退出μ子轨道在模拟中。使用模拟，我们已经表明，标准的高地公式应重新调整，特别是在液态氩中的散射，这显着提高了偏差和分辨率的动量测量。与调整的公式，我们发现数据和模拟包含的轨道之间的协议，在动量重建和分辨率的变化作为一个函数的轨道长度的一个小的偏差，提高从约10%的最短（一米长）的轨道为5%的较长（几米）的轨道。对于模拟退出μ子与至少一米的轨道包含，我们发现一个类似的小偏差，和分辨率小于15%的μ子与动量低于2 GeV/c。以上2 GeV/c，结果作为第一次估计的MCS动量测量能力的MicroBooNE高动量退出轨道。
2017-10-05 hep-ex physics.ins-det
Three-dimensional Imaging for Large LArTPCs
高性能的事件重建是当前和未来大规模液氩时间投影室（LArTPC）充分发挥其科学潜力的关键。具有使用线平面的读出的LArTPC提供有限数量的2D投影。通常，在没有像素型读出的情况下，实现明确的3D事件重建是具有挑战性的。作为补救措施，我们提出了一种新的三维成像方法，线细胞，它结合了电荷和稀疏信息，除了通过简单和强大的数学的时间和几何形状。由此产生的电离密度的3D图像为进一步重建提供了一个很好的起点，并实现了LArTPC中3D跟踪量热法的真正功能。
2018-05-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Observation of Radon Mitigation in MicroBooNE by a Liquid Argon Filtration System
MicroBooNE液氩时间投影室（LArTPC）通过使用过滤系统来保持高水平的液氩纯度，该过滤系统可去除连续循环液体、再冷凝蒸发和外部供应氩气中的负电性污染物。我们使用MicroBooNE LArTPC重建兆电子伏级的放射性衰变。利用该技术，我们测量了液氩过滤系统的除氡效率。这是通过放置一个500 kBq的$^{222}$ Rn源上游的过滤器和寻找一个随时间变化的增加在LArTPC的放射性衰变的数量进行研究。在两个模型的背景下，氡缓解通过液氩过滤系统，减缓机制和捕获机制，MicroBooNE的数据支持氡减少因子分别大于99.999%或97%。此外，过滤器的放射性调查发现，铜基过滤材料是去除$^{222}$ Rn的主要介质。这是第一次观察到氡缓解液氩与大型铜基过滤器，并可能提供一个氡缓解解决方案，为未来的大型LArTPC。
2022-10-26 hep-ex physics.ins-det
Continuous data acquisition for liquid argon time projection chamber neutrino detectors using FPGA-based real-time compression algorithms
液氩时间投影室（LArTPC）已被提议作为中微子探测器，它结合了大尺寸以最大化中微子相互作用的数量和详细记录的相互作用。以MHz采样率读出数千个通道产生具有毫米级分辨率的中微子-核相互作用的图像，从而能够识别产生的粒子，并提供多个手柄来测量它们的能量，但以牺牲大数据速率为代价。需要连续采集LArTPC数据，以便能够使用高延迟触发器来捕获非加速器射束事件。我们描述的情况下，连续读出的MicroBooNE LArTPC，授予的可能性，从超新星使用SNEWS（超新星预警系统）警报作为延迟触发获取中微子爆发。连续的数据采集是通过使用实时压缩算法（零抑制和霍夫曼压缩）实现在一个FPGA中的读出电子。
2019-09-06 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the Longitudinal Diffusion of Ionization Electrons in the MicroBooNE Detector
电子输运性质的准确知识是至关重要的理解所提供的信息由液氩时间投影室（LArTPC）。电离电子漂移寿命、由正离子积累引起的局部电场失真以及电子扩散都可以显著影响所测量的信号波形。本文提出了一种测量的有效纵向电子扩散系数，$D_L$，在MicroBooNE在标称电场强度为273.9 V/cm。历史上，这种测量是在LArTPC原型探测器中进行的。这是在中微子束中运行的大规模（85吨有效体积）LArTPC的第一次测量。这是有史以来用于此测量的最大数据集。使用MicroBooNE的宇宙射线标记系统标记的$\sim$ 70，000个贯穿宇宙射线μ子径迹样本，我们测量了$D_L = 3.74^{+0.28}_{-0.29}$ cm $^2$ /s。
2021-06-25 hep-ex physics.ins-det
Reconstruction and Measurement of $\mathcal{O}$(100) MeV Energy Electromagnetic Activity from $π^0 \rightarrow γγ$ Decays in the MicroBooNE LArTPC
我们提出的结果重建的电磁（EM）活动从光子产生的带电电流$ν_μ$与最终状态$π^0$的相互作用。我们采用了一种全自动的重建链，能够识别$\mathcal{O}$（100）MeV能量的EM簇射，依赖于传统的重建技术与新型机器学习方法的结合。这些研究证明了良好的能量分辨率，以及数据和模拟之间的良好一致性，依赖于重建的不变$π^0$质量和其他光子分布进行验证。开发的重建技术被施加到选择的$ν_μ + {\rm Ar} \rightarrow μ+ π^0 + X$候选事件，以证明从电子和$π^0$运动学重建的光子的量热分离的潜力。
2019-10-04 hep-ex physics.ins-det
Review of Liquid Argon Detector Technologies in the Neutrino Sector
液氩（LAr）具有成本低、利用率高、闪烁性能好等优点，是粒子探测中应用最广泛的闪烁体之一。中微子领域的大量实验都是基于在一个或多个时间投影室（TPC）中使用LAr，从而实现高分辨率的三维粒子重建。在本文中，我们回顾和总结了一些这些液体氩时间投影室（LArTPC）的实验，并简要介绍了具体的技术，他们目前采用。这包括单相LAr实验（ICARUS T600、MicroBooNE、SBND、LArIAT、DUNE-SP、ProtoDUNE-SP、ArgonCube和垂直漂移）和双相LAr实验（DUNE-DP、WA 105、ProtoDUNE-DP和ARIADNE）。我们还讨论了LArTPC读出领域的一些新的研究途径，这些途径显示出在不久的将来大规模使用的潜力。
2021-03-11 hep-ex physics.ins-det
Wire-Cell 3D Pattern Recognition Techniques for Neutrino Event Reconstruction in Large LArTPCs: Algorithm Description and Quantitative Evaluation with MicroBooNE Simulation
Wire-Cell是一个用于液态氩时间投影室的三维事件重建软件包。通过几何形状、时间和来自多个读出线平面的漂移电荷，在模式识别阶段之前重建具有相关电荷的3D空间点。模式识别技术，包括轨道轨迹和$dQ/dx$（每单位长度的电离电荷）拟合，三维中微子顶点拟合，轨道和淋浴分离，粒子级聚类，粒子识别，然后应用于这些三维空间点以及原始的二维投影测量。开发了一个深度神经网络来增强中微子相互作用顶点的重建。与传统算法相比，深度神经网络将充电电流$ν_e$相互作用的顶点效率提高了30%。这种模式识别对初级轻子的重建效率达到80- 90%，而对荷电$ν_e$（$ν_μ$）相互作用的顶点效率为65.8%（72.9%）。基于由此产生的重建粒子及其运动学，我们还实现了带电电流中微子相互作用的15- 20%能量重建分辨率。
2021-12-27 hep-ex physics.ins-det
Noise Characterization and Filtering in the MicroBooNE Liquid Argon TPC
在液态氩时间投影室（LArTPC）中读出电子器件的低噪声操作对于正确地提取沉积在TPC的线平面上的电离电荷的分布，特别是对于感应平面，是至关重要的。本文介绍了MicroBooNE探测器中观测噪声的特性和抑制方法。MicroBooNE的单相LArTPC包括两个感应平面和一个收集感应线平面，共8256条线。每根TPC导线上的感应电流都由浸入液氩中的定制低功耗、低噪声ASIC放大和整形。信号波形的数字化发生在低温恒温器外部。利用MicroBooNE运行第一年的数据，确定并减轻了TPC中的几个过量噪声源。噪声滤波后的剩余等效噪声电荷（ENC）随导线长度而变化，最长的导线（4.7米）低于400个电子。该响应与冷电子设计预期一致，并且被发现随时间稳定，并且在功能通道上均匀。该噪声水平显著低于先前利用热前端电子器件的实验。
2017-05-20 hep-ex physics.ins-det
Effect of Diffusion on the Peak Value of Energy Loss Observed in a LArTPC
液态氩时间投影室（LArTPC）探测器观察电离电子以测量带电粒子轨迹和能量。在LArTPC中，产生电离和收集电离之间的长时间（$\sim$ ms）意味着扩散可以通过与检测器的空间分辨率相当的量来涂抹电荷，该空间分辨率由电荷感测通道之间的间距（$\sim$ mm）给出。这种拖尾效应对每个通道测量的能量损失的分布有影响。特别地，拖尾增加了由每个通道观察到的带电粒子轨迹的长度，并且因此增加了由该通道记录的粒子能量损失的最可能值（MPV）。例如，我们发现，这种效应使能量为1 GeV的μ子的MPV $dE/dx$在2 ms漂移时间和4.7 mm线间距下移动了${\sim}4$ %，与DUNE-FD LArTPC一样。这对LArTPC中的能量标度校准和电子寿命测量具有影响，这两者都使用μ子能量损失分布的MPV作为“标准烛光”。扩散对这些校准的影响进行评估。
2023-02-07 physics.ins-det
Neutrino Event Selection in the MicroBooNE Liquid Argon Time Projection Chamber using Wire-Cell 3-D Imaging, Clustering, and Charge-Light Matching
为了实现液氩时间投影室（LArTPC）的全部科学性能，需要精确而有效的事例重建。当前和未来的中微子实验依赖于大规模LArTPC，需要新的想法和重建方法。Wire-Cell是近年来提出的一种新的LArTPC层析事件重建方法。线元3D成像方法利用电荷、稀疏性、时间和几何信息来在模式识别之前重建电离电子的拓扑不可知的3D图像。第二种新方法，多对多电荷光匹配，然后将TPC电荷活动与检测到的闪烁光信号配对，从而能够在MicroBooNE检测器中有效抑制宇宙射线μ子。闪烁光信号的鲁棒处理和重建的3D图像的适当聚类是该技术的基础。在本文中，我们描述了这些技术的原理和算法，以及它们在MicroBooNE实验中的成功应用。这些技术的性能的定量评价。利用这些技术，中微子带电电流事件的预选效率达到95%，非束重合宇宙线μ子减少30倍，约80%的中微子带电电流事件被重建，完整性和纯度至少为70%和80%。
2021-12-26 hep-ex physics.ins-det
First demonstration of $\mathcal{O}(1\,\text{ns})$ timing resolution in the MicroBooNE liquid argon time projection chamber
MicroBooNE实验结合光信号与重建轨迹，首次实现纳秒级中微子相互作用时间分辨率，增强宇宙背景抑制，并为搜索长寿命粒子开辟新途径。
2023-08-29 hep-ex physics.ins-det
The Continuous Readout Stream of the MicroBooNE Liquid Argon Time Projection Chamber for Detection of Supernova Burst Neutrinos
MicroBooNE连续读出流是MicroBooNE液氩时间投影室（LArTPC）的并行读出，能够检测非束事件，例如超新星中微子爆发。超新星中微子的低能量和强烈的宇宙射线背景通量，由于近地表探测器的位置，使触发这些事件非常具有挑战性。相反，MicroBooNE依靠SNEWS（超新星早期预警系统）产生的延迟触发来检测超新星中微子。LArTPC的连续读出产生大量数据，并且需要使用在读出电子器件中的FPGA（现场可编程门阵列）中实现的实时压缩算法（零抑制和霍夫曼压缩）。我们提出的数据减少算法的优化结果，和他们的业务性能。为了证明连续流检测低能电子的能力，从停止宇宙射线μ子的Michel电子的样本被重建，并与来自无损触发读出流的类似样本进行比较。
2021-02-03 hep-ex physics.ins-det
Long-term scintillation light performance, calibrations, and triggering efficiency in the MicroBooNE detector
本文研究MicroBooNE探测器中闪烁光的校准、系统不确定性和触发效率，分析了五年数据采集期间的光产生、检测机制及稳定性，揭示了光产量下降和单光电噪声率异常等关键发现。
2026-10-30 hep-ex physics.ins-det
Augmented Signal Processing in Liquid Argon Time Projection Chambers with a Deep Neural Network
液态氩时间投影室（LArTPC）是一种先进的中微子探测器技术，广泛应用于最近和即将到来的加速器中微子实验中。它具有低能量阈值和高空间分辨率，可以全面重建事件拓扑结构。在当前一代LArTPC中，记录的数据由漂移电离电子导线上的感应信号产生的导线上的数字化波形组成，其也可以被视为带电粒子轨迹的二维（2D）（时间与导线）投影图像。对于这样的成像检测器，一个关键步骤是信号处理，其从记录的2D图像重建原始电荷投影。我们首次在LArTPC信号处理中引入深度神经网络，以改善信号感兴趣区域的检测。通过结合领域知识（例如，匹配来自多个线平面的信息）和深度学习，该方法显示出比传统方法显著的改进。这项工作详细介绍了方法，软件工具，并与现实的检测器模拟评估的性能。
2020-11-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Vertex-Finding and Reconstruction of Contained Two-track Neutrino Events in the MicroBooNE Detector
我们描述的算法开发，以隔离和准确地重建两个轨道的事件，包含在MicroBooNE检测器。该方法被优化以重建长度大于5cm的两个轨迹。该程序可应用于寻找中微子振荡和测量截面使用准弹性类带电电流事件。我们讨论的算法将适用于所有的探测器运行在费米实验室的短基线中微子计划（SBN），和任何未来的液体氩时间投影室（LArTPC）实验与束能量~1 GeV。这些算法在GATNET UB存储库上公开可用。这种重建提供了一个补充和独立的替代潘多拉重建包目前在LArTPC实验中使用，并提供类似的重建性能的双轨事件。
2020-12-07 hep-ex physics.ins-det
LArPix: Demonstration of low-power 3D pixelated charge readout for liquid argon time projection chambers
我们报告了一个低功耗的像素化读出系统的演示设计的三维电离电荷检测和数字读出液氩时间投影室（LArTPC）。使用定制设计的片上系统ASIC（LArPix）来唯一地仪器化电荷收集垫的像素化阵列中的每个垫，实现了非生物相容性3D电荷读出。LArPix ASIC采用180 nm体CMOS制造，提供32通道电荷敏感放大，具有自触发数字化和多路复用读出功能，温度范围为80 K至300 K。使用832通道LArPix-based读出系统与3毫米之间的垫间距，我们证明了低噪声（$<$ 500 e $^-$ RMS等效噪声电荷）和非常低的功率（$<$ 100 $μ$ W/通道）电离信号检测和读出。读出被用来成功地测量三维电离分布的宇宙射线通过LArTPC，从现有的投影技术的模糊性。该系统设计依赖于标准的印刷电路板制造技术，能够使用普通的商业设施进行大面积读出系统的可扩展和低成本生产。该演示克服了LArTPC在高占用环境中运行的关键技术障碍，例如深地下中微子实验（DUNE）的近探测器站点。
2018-09-16 hep-ex physics.ins-det
A Deep Neural Network for Pixel-Level Electromagnetic Particle Identification in the MicroBooNE Liquid Argon Time Projection Chamber
Yale University（耶鲁大学）；Kansas State University（堪萨斯州立大学）；Illinois Institute of Technology（伊利诺伊理工学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Texas, Arlington（德克萨斯大学阿灵顿分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Universität Bern（伯尔尼大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；University of Michigan（密歇根大学）；University of Oxford（牛津大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；TUBITAK Space Technologies Research Institute（土耳其科学技术研究理事会空间技术研究所）；Syracuse University（雪城大学）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Lancaster University（兰卡斯特大学）
我们已经开发了一个卷积神经网络（CNN），可以在图像数据中记录的液体氩时间投影室（LArTPC）的第一次像素级的预测对象。我们描述了网络设计，培训技术，和软件工具开发的训练这个网络。这项工作的目标是为MicroBooNE探测器开发一个完整的基于深度神经网络的数据重建链。我们展示了第一个演示网络的有效性，使用MicroBooNE收集平面图像的真实LArTPC数据。演示了μ子停止和$ν_μ$带电电流中性π数据样本。
2018-08-22 cs.CV hep-ex physics.data-an
Self-compensating Light Calorimetry with Liquid Argon Time Projection Chamber for GeV Neutrino Physics
本研究发现液态氩时间投影室（LArTPC）因复合发光效应可作为自补偿光量热仪，通过案例验证其在宽漂移电场范围内实现电子与强子响应比的良好补偿，为GeV中微子能量重建提供补充方法并提出非均匀光收集的解决方案。
2025-02-09 hep-ex physics.ins-det
Design and operation of ARGONTUBE: a 5 m long drift liquid argon TPC
液态氩时间投影室（LArTPC）是未来大质量中微子观测站和质子衰变研究的主要探测器。在本文中，我们提出的设计和操作，以及实验结果ARGontube，LArTPC正在运行的AEC-LHEP，伯尔尼大学。该探测器的主要目标是证明在液氩中长距离电荷漂移的可行性。LArTPC技术的许多其他方面也进行了研究，如电压倍增器，以产生高电压的液氩（格雷纳赫电路），低温净化系统和应用的多光子电离液氩的紫外激光。第一次观测和研究了由宇宙μ子和紫外激光束脉冲引起的轨迹，漂移距离可达5米，这是迄今为止达到的最长距离。
2013-05-31 hep-ex physics.ins-det
Benefits of MeV-scale reconstruction capabilities in large liquid argon time projection chambers
使用真理水平的蒙特卡罗模拟的粒子相互作用在大量的液态氩，我们展示了物理能力，使重建拓扑结构紧凑和孤立的低能量的功能，或“光点”，在大型液态氩时间投影室（LArTPC）的事件。这些特征主要是由光子相互作用的电子产物沉积电离能产生的。LArTPC的光点识别能力是由其独特的大小，位置分辨率精度和低能量阈值的组合。我们表明，考虑在LArTPC物理分析重建的光点可以导致中微子和新的物理相互作用的量热法的实质性改善，并为最终状态的粒子范围内的能量从MeV到GeV规模。光点活动分析也表明，使相互作用的通道和最终状态的粒子类型之间的歧视。除了证明这些收益量热和歧视，光点重建能力和物理结果的一些限制也进行了讨论。
2020-10-21 hep-ex physics.ins-det
Design and construction of the MicroBooNE Cosmic Ray Tagger system
MicroBooNE探测器利用有效质量为85 t的液氩时间投影室（LArTPC）研究费米实验室中中微子沿助推中微子束（BNB）的相互作用。由于部署位置接近地面，探测器在每个与波束相关的探测器触发器中记录了许多宇宙μ子轨迹，这些轨迹可能被误认为是感兴趣的信号。为了减少这些宇宙起源背景，我们设计并建造了一个TPC外部宇宙射线标记器（CRT）。这个子系统是由伯尔尼大学爱因斯坦基础物理中心高能物理实验室（LHEP）开发的。该系统利用塑料闪烁模块为TPC穿越粒子提供精确的时间和位置信息。TPC轨道和CRT数据的成功匹配将使我们能够减少宇宙背景，并更好地表征光收集系统和LArTPC数据使用宇宙μ子。在本文中，我们描述了MicroBooNE CRT系统的设计和安装，并提供了一系列的测试，以验证系统及其组件在安装，调试和物理数据采集过程中的正确操作的概述。
2019-03-15 physics.ins-det
LArQL: A phenomenological model for treating light and charge generation in liquid argon
实验数据表明，LAr的电离电荷和闪烁光都依赖于沉积能量密度（$dE/dx$）和电场（$\mathcal{E}$）。此外，自由电离电荷和闪烁光在给定的（$dE/dx$，$\mathcal{E}$）对上是互补的，并且是相互关联的。我们提出了LArQL，一个唯象模型，提供了光和电荷之间的相互关系，其依赖于沉积的能量以及施加的电场。在零电场和低电场下，考虑逃逸电子的贡献，修正了Birks电荷模型，并与Birks模型在高电场下的预测相一致。对于在低$\mathcal{E}$下工作的LArTPC和重电离粒子，观察到与当前Birks模型的偏差。LArQL模型在$dE/dx$和LArTPC中相互作用粒子的场范围上给出了令人满意的描述，并与现有数据拟合良好。通过数据集编译和全局拟合进行的改进也是该模型的有趣功能。
2022-07-15 hep-ex physics.ins-det
Measurement of ambient radon progeny decay rates and energy spectra in liquid argon using the MicroBooNE detector
本研究利用 MicroBooNE LArTPC 和低能重建工具检测液氩中的 $^{214}$Bi-$^{214}$Po 衰变，未发现显著放射性，设定了首个含液相纯化液氩探测器的 $<0.35$ mBq/kg 体相 $^{214}$Bi 活度上限，并关联 DUNE 目标限值。
2024-03-22 hep-ex physics.ins-det
Investigations on a Fuzzy Process: Effect of Diffusion on Calibration and Particle Identification in Liquid Argon Time Projection Chambers
电离电子扩散液氩时间投影室（LArTPC）通常被认为是在检测器的设计阶段，但很少有人注意到它的校准和粒子识别的影响。我们使用基于GEANT 4的模拟来研究扩散如何影响这些技术，并考虑如何模拟这种效果。我们发现，扩散可以导致漂移依赖的偏压的中位数和最可能的值（MPV）的每单位长度分布的电荷沉积。在添加探测器特定考虑因素（如电场不均匀性）之前，当前运行的LArTPC中典型最大漂移时间的偏倚估计为~2.5%（中位数）和~5.0%（MPV）。这表明，这些指标不应该被用于校准没有照顾，相反的传统智慧。扩散对LArTPC分离μ子和质子的能力的影响很小，预计不会在未来的探测器中造成任何问题。然而，当分离质量更相似的粒子（μ子和π子，K介子和质子）时，扩散可能是系统不确定性的重要来源。这种群体的分离可以通过实施依赖于漂移时间的颗粒识别来改进。
2022-05-25 hep-ex physics.ins-det
First Measurement of $ν_μ$ Charged-Current $π^{0}$ Production on Argon with a LArTPC
我们报告的第一次测量的磁通积分截面的$ν_μ$充电电流单$π^{0}$生产氩。该测量是用MicroBooNE探测器进行的，MicroBooNE探测器是一个85吨有效质量的液态氩时间投影室，暴露于费米实验室的助推中微子束。氩的这一结果相比，过去的测量较轻的核调查模型中使用的中微子-核散射的π介子的生产和运输的标度假设。所使用的技术是一个重要的示范，成功的重建和分析中微子相互作用产生的电磁末态使用液态氩时间投影室在地球表面的操作。
2018-11-06 hep-ex physics.ins-det
Liquid Argon TPC Signal Formation, Signal Processing and Hit Reconstruction
本文描述了费米实验室为ArgoNeuT和MicroBooNE实验开发的重建链的早期阶段。这些实验研究发生在液氩时间投影室中的加速器中微子相互作用。重建在这些相互作用中产生的粒子的性质需要微物理过程的知识，影响电离电子的产生和传输到读出系统。开发了导线信号去卷积技术，以将导线信号转换为用于命中重建的标准形式，以去除电子线路中的伪影并去除相干噪声。
2017-03-11 physics.ins-det
Convolutional Neural Networks Applied to Neutrino Events in a Liquid Argon Time Projection Chamber
我们提出了几个卷积神经网络的研究应用到来自MicroBooNE探测器，液氩时间投影室（LArTPC）的数据。研究的算法包括单粒子图像的分类，图像中的单粒子和中微子相互作用的本地化，以及从实际探测器数据中提取的宇宙射线背景覆盖的模拟中微子事件的检测。这些研究证明了卷积神经网络在模拟中微子相互作用的粒子识别或事件检测方面的潜力。我们还解决了技术问题时出现的应用这种技术的数据从一个大LArTPC在或接近地面水平。
2016-11-17 hep-ex physics.ins-det
A Method to Determine the Electric Field of Liquid Argon Time Projection Chambers Using a UV Laser System and its Application in MicroBooNE
液态氩时间投影室（LArTPC）由于其高材料密度、精确跟踪和量热能力，现在是进行加速器中微子测量的标准探测器技术。在这样的检测器中需要电场（E场）以使电离的电子漂移到阳极以被收集。TPC的E场通常近似为在阳极平面和阴极平面之间是均匀的。然而，由于诸如机械变形、电极故障或由宇宙射线产生的空间电荷的积累等效应，可能出现显著的失真。后者与放置在地球表面附近、漂移距离大、漂移时间长的探测器特别相关。为了确定电场原位，紫外（UV）激光系统安装在费米国家加速器实验室的MicroBooNE实验。该系统的目的是提供E场的精确测量，并且使得能够校正由于E场不均匀性而引起的3D空间失真。在这里，我们描述的方法，推导出的空间失真，漂移速度和电场从紫外激光测量。
2019-10-15 physics.ins-det
Calibration of the charge and energy loss per unit length of the MicroBooNE liquid argon time projection chamber using muons and protons
我们描述了一种方法，用于校准的位置和时间依赖的响应的MicroBooNE液氩时间投影室阳极线电离粒子的能量损失。该方法利用交叉的宇宙射线μ子来部分地校正阳极线信号以用于作为时间和位置的函数的多种效应，包括交叉连接的TPC线、空间电荷效应、电子附着到杂质、扩散和复合。然后，使用在探测器的活动区域中起源和停止的完全包含的束诱导的μ子来确定总体能量尺度。用这种方法，我们得到了绝对能量标度不确定度为2%.我们使用停止质子，以进一步完善高度电离粒子的测量电荷和能量损失之间的关系。这种数据驱动的检测器校准改进了总沉积能量的测量和基于每单位长度的能量损失作为残余范围的函数的粒子识别。作为例子，探测器标定后质子选择效率提高了2%.
2020-02-25 hep-ex physics.ins-det
Production of GEM-like structures using laser-cutting techniques
本文提出使用激光切割技术制造基于PEN和PMMA的类GEM结构，以解决LArTPC中光敏掺杂剂的正反馈问题，实现低成本、低放射性的大规模生产并具备自否决放射性能力。
2024-11-13 astro-ph.IM physics.ins-det
A steerable UV laser system for the calibration of liquid argon time projection chambers
一些液态氩时间投影室（LAr TPC's）正在建造或建议用于长基线和短基线束的中微子实验。对于这些探测器，由于几何或物理原因导致的漂移场的失真可能会影响事件的重建。根据TPC的几何形状和电漂移场强度，这种失真可能与漂移场本身具有相同的幅度。最近，我们提出了一种方法来校准漂移场和纠正这些可能的失真。虽然直线宇宙射线μ子轨道可以用于校准，但多重库仑散射和动量不确定性只允许有限的分辨率。相反，UV激光器可以在液态氩中产生直的电离轨道，并允许人们沿着TPC内体积中的不同路径映射漂移场。在这里，我们提出了一个紫外激光馈通设计与可操纵的紫外镜浸没在液体氩气中，可以指向激光束在许多位置通过TPC。直线电离路径对漂移场失真敏感，这些失真与线性光学路径的拟合允许提取漂移场，通过使用沿着整个TPC体积的这些激光轨迹，可以获得3D漂移场图。紫外激光馈通组件是该系统的原型，将用于费米国家加速器实验室（FNAL）的MicroBooNE实验。
2014-10-04 hep-ex physics.ins-det
Reconstruction for Liquid Argon TPC Neutrino Detectors Using Parallel Architectures
中微子是很少相互作用的粒子，因此识别它们需要产生大量数据的大型探测器。随着探测器尺寸的增加，以现有的计算能力处理这些数据变得越来越困难。在液氩时间投影室（TPC）中，来自中微子相互作用的带电粒子产生电离电子，这些电离电子在电场中向一系列收集线漂移，收集线上的信号用于重建相互作用。目前在费米实验室收集数据的MicroBooNE探测器有8000根电线，而计划中的未来实验（如DUNE）将有100倍以上的电线，这意味着重建事件所需的时间将相应增加。液氩TPC重构代码的现代化，包括矢量化、并行化和GPU代码可移植性，将有助于缓解这些挑战。跨多个实验使用的\texttt{LArSoft} \xspace框架内的液氩TPC命中查找算法已经被矢量化和并行化。这在Intel架构上的独立版本中将算法的速度提高了十倍。此新版本已重新并入\texttt{LArSoft} \xspace，因此可普遍使用。这些方法也可应用于其他低层的线信号重建算法，如反卷积。本文将介绍这种现代化的液态氩TPC线改造的应用和性能。
2020-07-09 hep-ex physics.ins-det
Calibration and simulation of ionization signal and electronics noise in the ICARUS liquid argon time projection chamber
本文利用宇宙线μ子对ICARUS LArTPC的电荷响应进行时空均衡，并数据驱动地调谐电离信号与电子学噪声模拟，使蒙特卡罗与数据达到良好一致。
2024-08-05 hep-ex physics.ins-det
Angular dependent measurement of electron-ion recombination in liquid argon for ionization calorimetry in the ICARUS liquid argon time projection chamber
该研究在 ICARUS LArTPC 中测量液氩电子–离子复合的角依赖，采用 EMB 模型描述数据，并用于能标校准与粒子鉴别及 μ 子、质子能量测量，从而提升准确度和精密度。
2024-08-09 hep-ex physics.ins-det
Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), Far Detector Technical Design Report, Volume IV: Far Detector Single-phase Technology
早期宇宙中物质相对于反物质的优势，产生生命所必需的重元素的超新星的动力学，以及质子最终是否衰变-这些处于粒子物理学和天体物理学前沿的奥秘是理解我们宇宙早期演化的关键，它的当前状态，以及它的最终命运。DUNE是一个国际性的世界级实验，致力于解决这些问题，因为它寻找轻子电荷宇称对称性破坏，随时准备捕捉超新星中微子爆发，并寻求观察核子衰变作为标准模型基础的大统一理论的标志。实现DUNE物理计划的核心是一个远探测器，它将罕见事件搜索所需的数万吨基准质量与亚厘米空间分辨率相结合，能够对这些事件进行成像，从而识别众多背景中的物理特征。在单相液氩时间投影室（LArTPC）技术中，电离电荷在液氩中在朝向垂直阳极的电场的影响下水平漂移，在那里它们以精细的粒度被读出。光子探测系统补充了TPC，直接增强了所有三个DUNE物理驱动器的物理能力，并为进一步的物理探索开辟了前景。DUNE远探测器技术设计报告（TDR）描述了DUNE物理程序以及单相和双相DUNE液氩TPC远探测器模块的技术设计。第四卷概述了单相LArTPC的基本工作原理，随后描述了DUNE的实现。每个子系统的详细描述，连接高层次的设计要求和决策，以压倒一切的物理目标的DUNE。
2020-09-08 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift-length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。ProtoDUNE双相（DP）是一个6x6 x6 m3的液态氩时间投影室（LArTPC），它在2019-2020年在CERN中微子平台上记录了宇宙-μ子数据，作为DUNE远探测器的原型。通过LArTPC传播的带电粒子产生电离和闪烁光。这些探测器中的闪烁光信号可以为非射束事件提供触发。此外，它还增加了精确的计时功能，并改进了量热测量。在ProtoDUNE-DP中，LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中，ProtoDUNE-DP光子探测系统的性能进行了评估，特别侧重于不同的波长移位器，如PEN和TPB，并使用掺Xe的LAr，考虑其未来在巨型LArTPC的使用。分析了闪烁光的产生和传播过程，并将模拟结果与实验数据进行了比较，提高了对液态氩特性的认识
2022-06-03 physics.ins-det
Operation and performance of ProtoDUNE Dual Phase liquid argon time projection chamber
研究ProtoDUNE-DP双相液态氩时间投影室，介绍其结构与运行模式，指出虽电荷读出平面有技术问题，但其他关键部分性能达标，经验促进了垂直漂移LArTPC设计改进。
2026-07-22 hep-ex physics.ins-det
