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
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
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
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
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
The Photomultiplier Tube Calibration System of the MicroBooNE Experiment
我们报告的设计和建设的一个基于LED的光纤校准系统的大型液氩时间投影探测器。该系统是为了校准MicroBooNE实验的光学系统而开发的。除了详细说明材料和安装程序外，我们还提供技术图纸和规格，以便该系统可以轻松复制到未来的LArTPC探测器中。
2015-04-06 physics.ins-det
The Muon Counter System for the MicroBooNE experiment
MicroBooNE实验是一个为短基线中微子物理学设计的液态氩TPC实验，目前在费米实验室运行。由于其位置靠近表面，宇宙μ子可以成为许多分析的背景源，并且对宇宙射线有很好的理解将对实验非常有价值。这些会议记录描述了一个小型外部μ子计数器系统的物理动机，设置和性能，这将为液氩TPC提供更好的校准，并更好地了解宇宙起源背景。
2016-04-26 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
Testing of Cryogenic Photomultiplier Tubes for the MicroBooNE Experiment
MicroBooNE探测器将位于费米国家加速器实验室（Fermilab）助推中微子束线（BNB）的轴上，由两个主要部件组成：一个大型液氩时间投影室（LArTPC）和一个光收集系统。30个直径为8英寸的Hamamatsu R5912- 02 mod低温光电倍增管（PMT）将检测液氩（LAr）中产生的闪烁光。本文首先介绍了MicroBooNE光电倍增管的性能测试程序，包括光电倍增管探测器中的光收集系统如何工作，以及光电倍增管底座的设计。然后讨论了低温试验台的设计，最后报告了低温试验的结果。
2013-06-17 hep-ex 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
ARIADNE -- A Novel Optical LArTPC: Technical Design Report and Initial Characterisation using a Secondary Beam from the CERN PS and Cosmic Muons
ARIADNE是一个1吨（330公斤基准质量）的双相液氩（LAr）时间投影室（TPC），具有新颖的光学读出。四个电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）相机安装在外部，这些捕获的二次闪烁光产生的厚电子气倍增器（THGEM）的孔。轨道重建使用这种新的读出方法证明。光学读出有可能成为未来LArTPC中电荷读出的一种具有成本效益的替代方案。本文详细介绍了该探测器的技术设计。混合粒子探测的结果使用二次光束从欧洲核子研究中心PS（代表有史以来第一次光学图像氩相互作用的双相LArTPC在光束线）和宇宙μ子探测在利物浦大学。
2020-03-03 hep-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
Reconstructing High-Fidelity Light Yield Maps for Surface LArTPCs Using Crossing Cosmic Muons
Stony Brook University（石溪大学）；University of Antananarivo（安塔那那利佛大学）；Indiana University Bloomington（印第安纳大学布鲁明顿分校）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究提出利用穿越宇宙缪子的方法，结合非负最小二乘与L2平滑正则化，重建表面LArTPC的高保真三维光产额图，其体素RMSE较真值参考降低约44%，可优化探测器相关性能。
2026-08-26 hep-ex physics.ins-det
Ionization Electron Signal Processing in Single Phase LArTPCs I. Algorithm Description and Quantitative Evaluation with MicroBooNE Simulation
我们描述的概念和程序中开发的MicroBooNE实验，单相液氩时间投影室（LArTPC）的漂移电荷提取。该技术将原始数字化TPC波形转换为在给定时间通过线平面的电离电子的数量。从感应和收集阳极线平面的电离电子的数量的鲁棒恢复将增强3D重建，并且对于层析重建算法特别重要。描述了整个过程的许多构建块。通过详细的TPC检测器模拟将提取的电荷与真实电荷进行比较来定量评估信号处理的性能，该模拟考虑了单个导线区域内和跨多个导线的位置相关的感应电流。还讨论了电荷提取过程的性能进一步改进的一些领域。
2018-04-10 hep-ex nucl-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
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
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
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
Measurement of Reconstructed Charged Particle Multiplicities of Neutrino Interactions in MicroBooNE
我们观察到的带电粒子多重性分布在MicroBooNE液氩时间投影室从中微子相互作用在一个有限的最终状态相空间预测这种分布从几个GENIE模型。测量使用的数据样本由中微子与完全包含在MicroBooNE探测器内的最终状态μ子候选者的相互作用组成。这些数据是在2015-2016年使用费米实验室助推器中微子束（BNB）收集的，BNB的平均中微子能量为800 MeV，使用对应于5e 19质子靶的曝光。该分析采用全自动事件选择和带电粒子轨道重建，并使用数据驱动的技术来确定中微子相互作用和宇宙诱导背景对每个多重性箱的贡献。所采用的受限相空间使得测量对预期从初级中微子-氩碰撞产生的较高能量带电粒子最敏感，而对预期在碰撞产物与目标氩核的终态相互作用中产生的较低能量质子不太敏感。
2017-09-01 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
First Measurement of Neutrino Interactions in MicroBooNE
MicroBooNE探测器最近在费米实验室的助推器中微子束中完成了第一年的中微子束数据采集，收集了大约一半的预期数据（目标上$6.6\times10^{20}$质子的$3.4\times10^{20}$）。我们提出的中微子相互作用的运动学分布观察到从一个小的子集，这个数据（相当于$5\times10^{19}$质子的目标），作为第一步，对带电的μ介子中微子截面氩，并作为探索的能力和操作挑战的大型液态氩时间投影室中微子探测器。这些分布已经使用全自动事件选择和重建进行了评估。
2016-11-02 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the differential cross section for neutral pion production in charged-current muon neutrino interactions on argon with the MicroBooNE detector
本文利用MicroBooNE探测器数据测量氩核上带电电流μ中微子反应中中性π介子产生的单微分截面，并与发生器模型比较，发现角度和动量分布总体符合良好，但在μ子前向角和中等动量区间存在模型偏差。
2024-05-06 hep-ex physics.ins-det
Optical Readout of the ARIADNE LArTPC using a Timepix3-based Camera
ARIADNE实验利用1吨双相液氩时间投影室（LArTPC），旨在开发和成熟大规模LAr探测器的光学读出技术。本文介绍了表征，使用宇宙μ子，基于Timepix 3的相机安装在ARIADNE探测器。来自相机的原始数据是原生的3D和零抑制，允许直接的事件重建，并呈现重建的LAr相互作用事件的图库。利用1.6 ns的时间分辨率，在0.54 kV/cm下，LAr中电离电子的漂移速度被确定为1.608 \pm 0.005 mm/μs。能量校准和分辨率是使用贯穿的μ子来确定的。对于所呈现的数据集，发现能量分辨率约为11%。初步研究的能量沉积（dE/dx）作为距离的函数也进行了两个停止μ子事件，并比较GEANT 4模拟显示出良好的一致性。结果表明，这种技术的能力，并讨论了其应用的背景下，未来的千吨级双相LAR探测器，将用于DUNE计划。
2020-12-01 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
Measurement of three-dimensional inclusive muon-neutrino charged-current cross sections on argon with the MicroBooNE detector
MicroBooNE探测器测量氩中μ子中微子电荷电流总截面，通过三维展开提供丰富的中微子振荡实验信息。
2025-11-26 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the Atmospheric Muon Rate with the MicroBooNE Liquid Argon TPC
MicroBooNE是位于费米实验室的近表面液态氩（LAr）时间投影室（TPC）。我们测量的μ介子的特性来自宇宙在大气中的相互作用使用的电荷收集和光读出探测器。的数据进行了比较CORSIKA宇宙线模拟。观察，模拟和以前的结果之间有很好的一致性。此外，还对TPC中μ子的角分辨率进行了模拟研究。
2021-04-13 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
LArIAT: Liquid Argon In A Testbeam
液氩时间投影室（LArTPC）是精密中微子物理学的理想探测器。当这些探测器位于地下深处时，也可以用于测量质子衰变和天体物理中微子。这项技术必须完全发展，达到非常大的质量尺度，并完全掌握，以建造和操作这些探测器的物理程序。作为开发这些探测器的综合计划的一部分，现在认为有必要在LArTPC中对相关能量范围内的已知粒子种类进行精确测量。LArIAT计划旨在通过在费米实验室的专用校准测试束线中部署LArTPC探测器来直接实现这些目标。这里设想的一组测量对美国的短基线（SBN）和长基线（LBN）中微子振荡计划都很重要，从近期的MicroBooNE开始，中期设想在费米实验室的助推器束线上使用伴随的近、远液氩探测器，并从长远来看转向深层地下物理学，例如长基线中微子设施（LBNF）。
2014-06-28 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
Scintillation light detection in the long-drift ProtoDUNE-DP liquid argon TPC
ProtoDUNE-DP是一个6x6 x6 m3的液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN的中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。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。这些探测器中的光信号对于提供精确的计时能力至关重要。在ProtoDUNE-DP中，宇宙μ子在LArTPC中产生的闪烁光由放置在距离相互作用点7 m处的光电倍增管（PMT）收集。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对一些液态氩特性的理解。
2021-06-29 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
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
Rejecting cosmic background for exclusive neutrino interaction studies with Liquid Argon TPCs; a case study with the MicroBooNE detector
宇宙线（CR）相互作用是表面探测器中中微子振荡和截面测量的一个具有挑战性的背景源。我们提出的方法CR拒绝在测量带电电流准弹性（CCQE样）中微子相互作用，μ子和质子在最终状态，测量使用液氩时间投影室（LArTPC）。使用MicroBooNE探测器收集的宇宙数据样本，混合模拟中微子散射事件，一组事件选择标准的开发，产生一个事件样本，从CR背景的贡献最小。根据所使用的选择标准，可以实现50%至80%的纯度，信号选择效率在50%至25%之间，较高的纯度以较低的效率为代价。虽然使用来自MicroBooNE检测器的特定数据集和针对CCQE样事件优化的选择标准值，但这里提出的概念是通用的，并且可以适用于LArTPC中排他性νμ相互作用的各种研究。
2019-01-02 hep-ex nucl-ex physics.data-an
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
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
Search for heavy neutral leptons decaying into muon-pion pairs in the MicroBooNE detector
我们目前的上限生产的重中性轻子（HNL）衰减$μπ$对使用的MicroBooNE液氩时间投影室（TPC）在费米实验室工作收集的数据。这种搜索是第一次在液氩TPC中进行。我们使用了2017年和2018年收集的数据，这些数据对应于费米实验室助推器中微子束中靶上$2.0 \times 10^{20}$质子的暴露，该中微子束主要产生平均能量为$\approx 800$ MeV的μ子中微子。具有更高质量的HNL预计比标准模型中微子具有更长的飞行时间到液氩TPC。因此，这些数据是用一个专用的触发器记录的，该触发器被配置为检测中微子溢出到达检测器后发生的HNL衰变。假设HNL质量介于$260$和$385$ MeV以及$\lvert U_{e 4}\rvert^2 = \lvert U_{τ4}\rvert^2 = 0$之间，我们在扩展PMNS混合矩阵的元素$\lvert U_{\mu4}\rvert^2$的$90\%$置信水平上设置上限，范围为Dirac HNL的$\lvert U_{\mu4}\rvert^2<(6.6$-$0.9)\times 10^{-7}$和Majorana HNL的$\lvert U_{\mu4}\rvert^2<(4.7$ - $0.7)\times 10^{-7}$。
2020-02-12 hep-ex physics.ins-det
A Hybrid 3D/2D Field Response Calculation for Liquid Argon Detectors with PCB Based Anode Plane
针对带PCB条状通孔阳极的新型LArTPC的场响应计算难题，研究团队开发了pochoir软件包，结合近电极3D计算与2D远场解实现快速精密计算，实验验证模拟与真实数据差异小于5%。
2023-03-17 hep-ex physics.ins-det
Comparison of νμ-Ar multiplicity distributions observed by MicroBooNE to GENIE model predictions
利用费米实验室的MicroBooNE液氩时间投影室测量了一系列带电μ介子中微子在氩上的散射。我们评估了三个中微子相互作用模型的基础上广泛使用的GENIE事件发生器使用这些可观的。测量使用的数据集组成的中微子相互作用的最终状态μ子候选人完全包含在MicroBooNE探测器。这些数据是在2016年使用费米实验室助推器中微子束收集的，该中微子束的平均中微子能量为800 MeV，使用对应于5E 19质子靶的曝光。该分析采用全自动事件选择和带电粒子径迹重建，并使用数据驱动技术将中微子相互作用与宇宙射线背景事件分开。我们发现，GENIE模型一致地描述了大量的运动学分布的形状固定观察到的多重性。
2019-03-26 hep-ex physics.ins-det
Search for anomalies in the neutrino sector with muon spectrometers and large LArTPC imaging detectors at CERN
为了明确中微子校准源实验、反应堆和加速器实验所指出的可能存在的额外中微子态，并测量相应的振荡参数，提出了一个在CERN SPS上进行的强流~ 2GeV中微子束实验。该实验是基于两个相同的LAr-TPC补充磁化光谱仪检测电子和μ子中微子事件在远和近的位置，1600米和300米的质子目标，分别。ICARUS T600探测器是有史以来建造的最大的LAr-TPC，成像质量约为600吨，目前在LNGS地下实验室运行，将被移至CERN Far位置。将另外构建1/4的T600探测器（T150），并将其放置在近端位置。两个大面积光谱仪将被放置在两个LAr-TPC探测器的下游，以执行从亚GeV到几个GeV能量范围的电荷识别和μ子动量测量，极大地补充了物理能力。这个实验将提供显着的发现潜力，收集了大量的中微子和反中微子通道中的无偏事件，在很大程度上足以明确解决所观察到的中微子相关异常的起源。
2012-09-28 hep-ex hep-ph physics.ins-det
Calorimetric classification of track-like signatures in liquid argon TPCs using MicroBooNE data
位于费米实验室的MicroBooNE液氩时间投影室是一个中微子实验，致力于研究短基线振荡，测量液氩中的中微子截面，并研究和开发这种新的探测器技术。准确和精确的量热测量对于事件重建至关重要，并且通过利用TPC以mm分辨率测量沿粒子轨迹的每单位长度的沉积能量来实现。我们描述了非均匀的量热重建性能的检测器，显示依赖于粒子轨迹的角度。这种非均匀重建直接影响从量热测量推断颗粒类型的颗粒识别算法的性能。这项工作提出了一种新的颗粒识别方法，占，并有效地解决这种不均匀性。与以前的算法相比，新开发的方法显示出更好的性能，例如94%的质子选择效率和10%的μ子错误识别率，以及对束流数据进行的相当宽松的轨道选择。通过识别$ν_μ CC$交互中的排他性最终状态，进一步证明了性能。虽然使用MicroBooNE数据和模拟开发，这种方法很容易适用于未来的LArTPC实验，如SBND，ICARUS和DUNE。
2022-01-04 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
Measurement of Differential Cross Sections for $ν_μ$-Ar Charged-Current Interactions with Protons and no Pions in the Final State with the MicroBooNE Detector
我们提出了一个分析MicroBooNE数据的签名的一个μ子，没有π介子，至少有一个质子以上的动量阈值为300 MeV/c（CC 0 $π$ NP）。这是在中微子-氩相互作用中首次对这种拓扑结构进行的微分截面测量。我们实现了一个显着较低的质子动量阈值比以前的碳和蒸发器为基础的实验。利用收集到的数据，从总的约$1.6 \times 10^{20}$质子的目标，我们测量μ介子中微子截面的CC 0 $π$ Np在氩气中的相互作用通道在MicroBooNE的助推中微子束，其具有约800 MeV的平均能量。我们提出的结果从一个数据样本的估计效率为29%和纯度为76%的微分截面在五个重建变量：μ子动量和极角，领先的质子动量和极角，μ子质子开角。我们包括涂抹矩阵，可用于“向前折叠”的理论预测与这些数据进行比较。我们比较了测量的微分截面的一些最近的理论预测表明很大程度上很好的协议，这是有史以来第一次的数据集氩。
2020-10-05 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
Calorimetry for low-energy electrons using charge and light in liquid argon
在液态氩时间投影室（LArTPC）中对5-50 MeV电子进行精确的量热重建，将使DUNE中的天体物理中微子研究成为可能，并能提高振荡分析的物理范围。液态氩闪烁光有潜力改善能量重建的低能量电子在基于电荷的测量单独。在这里，我们展示了光增强量热法的低能量电子在单相LArTPC使用的样品米歇尔电子从衰变停止宇宙μ子在费米实验室的LArIAT实验。米歇尔电子能谱重建使用传统的基于电荷的方法，以及一个更全面的方法，包括电荷和光。一个最大似然拟合，使用LArIAT的良好调整的模拟，结合这些数量，以实现最佳的能量分辨率。孤立电子的样本进行模拟，以更好地确定预期的天体物理电子中微子带电电流相互作用的最终状态的能量分辨率。在LArIAT中，具有非常低的线噪声和18 pe/MeV的平均光产额，实现了$σ/E \simeq 9.3\%/\sqrt{E} \oplus 1.3\%$的能量分辨率。然后生成具有不同线噪声水平和光产率的样品，以测量光增强量热法在较大LArTPC中的影响。例如，在S/N $\simeq$ 30的电荷读出信噪比下，对于10 pe/MeV、20 pe/MeV和100 pe/MeV的平均光产额，对于低于40 MeV的电子的能量分辨率分别比仅电荷量热法提高了$\approx$ 10%、$\approx$ 20%和$\approx$ 40%。
2020-01-22 hep-ex physics.ins-det
