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Title: Reconstruction of interactions in the ProtoDUNE-SP detector with Pandora
Abstract The Pandora Software Development Kit and algorithm libraries provide pattern-recognition logic essential to the reconstruction of particle interactions in liquid argon time projection chamber detectors. Pandora is the primary event reconstruction software used at ProtoDUNE-SP, a prototype for the Deep Underground Neutrino Experiment far detector. ProtoDUNE-SP, located at CERN, is exposed to a charged-particle test beam. This paper gives an overview of the Pandora reconstruction algorithms and how they have been tailored for use at ProtoDUNE-SP. In complex events with numerous cosmic-ray and beam background particles, the simulated reconstruction and identification efficiency for triggered test-beam particles is above 80% for the majority of particle type and beam momentum combinations. Specifically, simulated 1 GeV/ c charged pions and protons are correctly reconstructed and identified with efficiencies of 86.1 $$\pm 0.6$$ ± 0.6 % and 84.1 $$\pm 0.6$$ ± 0.6 %, respectively. The efficiencies measured for test-beam data are shown to be within 5% of those predicted by the simulation.  more » « less
Award ID(s):
2111053 2209601 2112727
PAR ID:
10439794
Author(s) / Creator(s):
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Date Published:
Journal Name:
The European Physical Journal C
Volume:
83
Issue:
7
ISSN:
1434-6052
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  1. Abstract The ProtoDUNE-SP detector is a single-phase liquid argon time projection chamber (LArTPC) that was constructed and operated in the CERN North Area at the end of the H4 beamline. This detector is a prototype for the first far detector module of the Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), which will be constructed at the Sandford Underground Research Facility (SURF) in Lead, South Dakota, U.S.A. The ProtoDUNE-SP detector incorporates full-size components as designed for DUNE and has an active volume of 7 × 6 × 7.2 m 3 . The H4 beam delivers incident particles with well-measured momenta and high-purity particle identification. ProtoDUNE-SP's successful operation between 2018 and 2020 demonstrates the effectiveness of the single-phase far detector design. This paper describes the design, construction, assembly and operation of the detector components. 
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  2. ProtoDUNE Single-Phase (ProtoDUNE-SP) is a 770-ton liquid argon time projection chamber that operated in a hadron test beam at the CERN Neutrino Platform in 2018. We present a measurement of the total inelastic cross section of charged kaons on argon as a function of kaon energy using 6 and7GeV/cbeam momentum settings. The flux-weighted average of the extracted inelastic cross section at each beam momentum setting was measured to be380±26mbarnsfor the6GeV/csetting and379±35mbarnsfor the7GeV/csetting.

    Published by the American Physical Society2024 
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  3. Abstract Wire-Cell is a 3D event reconstruction package for liquid argon time projection chambers. Through geometry, time, and drifted charge from multiple readout wire planes, 3D space points with associated charge are reconstructed prior to the pattern recognition stage. Pattern recognition techniques, including track trajectory and d Q /d x (ionization charge per unit length) fitting, 3D neutrino vertex fitting, track and shower separation, particle-level clustering, and particle identification are then applied on these 3D space points as well as the original 2D projection measurements. A deep neural network is developed to enhance the reconstruction of the neutrino interaction vertex. Compared to traditional algorithms, the deep neural network boosts the vertex efficiency by a relative 30% for charged-current ν e interactions. This pattern recognition achieves 80–90% reconstruction efficiencies for primary leptons, after a 65.8% (72.9%) vertex efficiency for charged-current ν e (ν μ ) interactions. Based on the resulting reconstructed particles and their kinematics, we also achieve 15-20% energy reconstruction resolutions for charged-current neutrino interactions. 
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  4. Abstract DUNE is a dual-site experiment for long-baseline neutrino oscillation studies, neutrino astrophysics and nucleon decay searches. ProtoDUNE Dual Phase (DP) is a 6  $$\times $$ ×  6  $$\times $$ ×  6 m $$^3$$ 3 liquid argon time-projection-chamber (LArTPC) that recorded cosmic-muon data at the CERN Neutrino Platform in 2019–2020 as a prototype of the DUNE Far Detector. Charged particles propagating through the LArTPC produce ionization and scintillation light. The scintillation light signal in these detectors can provide the trigger for non-beam events. In addition, it adds precise timing capabilities and improves the calorimetry measurements. In ProtoDUNE-DP, scintillation and electroluminescence light produced by cosmic muons in the LArTPC is collected by photomultiplier tubes placed up to 7 m away from the ionizing track. In this paper, the ProtoDUNE-DP photon detection system performance is evaluated with a particular focus on the different wavelength shifters, such as PEN and TPB, and the use of Xe-doped LAr, considering its future use in giant LArTPCs. The scintillation light production and propagation processes are analyzed and a comparison of simulation to data is performed, improving understanding of the liquid argon properties. 
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