Conditional normalizing flows for IceCube event reconstruction

要約

IceCube ニ​​ュートリノ観測所は、南極の氷に配備された立方キロメートルの高エネルギーニュートリノ検出器です。
2 つの主要なイベント クラスは、荷電電流電子とミューニュートリノ相互作用です。
この寄稿では、条件付き正規化フローを使用したこれらのクラスの方向とエネルギーの推論について説明します。
これにより、体系的な不確実性を含む可能性のある生データに基づいて、個々のイベントの事後分布を導き出すことができるため、次世代の再構成に非常に有望です。
各正規化フローについて、結果を解釈するために微分エントロピーとその最大エントロピー近似に対する KL 発散を使用します。
正規化された流れには、南極の氷の複雑な光学的特性と、埋め込まれた検出器との関係が正しく組み込まれています。
シャワーの場合、微分エントロピーは、光子の吸収が高い領域では増加し、透明な氷では減少します。
ミュオンの場合、微分エントロピーは含まれる軌道の長さと強い相関があります。
フォトン数が少なく、非対称性の高い輪郭形状であっても、カバレッジは維持されます。
バーンスタイン・フォン・ミーゼスの漸近定理から予想されるように、光子数が多い場合、分布はより狭くなり、より対称的になります。
シャワーの指向性再構成では、対称輪郭を仮定することで以前の解析では無視されてきた方位角と天頂の非対称性により、1 TeV から 100 TeV の間の領域が流れの正規化から最も恩恵を受ける可能性があることがわかりました。
このエネルギー範囲の出来事は、銀河面の拡散ニュートリノ放出の最近の発見において重要な役割を果たしています。

要約(オリジナル)

The IceCube Neutrino Observatory is a cubic-kilometer high-energy neutrino detector deployed in the Antarctic ice. Two major event classes are charged-current electron and muon neutrino interactions. In this contribution, we discuss the inference of direction and energy for these classes using conditional normalizing flows. They allow to derive a posterior distribution for each individual event based on the raw data that can include systematic uncertainties, which makes them very promising for next-generation reconstructions. For each normalizing flow we use the differential entropy and the KL-divergence to its maximum entropy approximation to interpret the results. The normalizing flows correctly incorporate complex optical properties of the Antarctic ice and their relation to the embedded detector. For showers, the differential entropy increases in regions of high photon absorption and decreases in clear ice. For muons, the differential entropy strongly correlates with the contained track length. Coverage is maintained, even for low photon counts and highly asymmetrical contour shapes. For high-photon counts, the distributions get narrower and become more symmetrical, as expected from the asymptotic theorem of Bernstein-von-Mises. For shower directional reconstruction, we find the region between 1 TeV and 100 TeV to potentially benefit the most from normalizing flows because of azimuth-zenith asymmetries which have been neglected in previous analyses by assuming symmetrical contours. Events in this energy range play a vital role in the recent discovery of the galactic plane diffuse neutrino emission.

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