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This content will become publicly available on February 1, 2026

Title: The track-length extension fitting algorithm for energy measurement of interacting particles in liquid argon TPCs and its performance with ProtoDUNE-SP data
Abstract This paper introduces a novel track-length extension fitting algorithm for measuring the kinetic energies of inelastically interacting particles in liquid argon time projection chambers (LArTPCs). The algorithm finds the most probable offset in track length for a track-like object by comparing the measured ionization density as a function of position with a theoretical prediction of the energy loss as a function of the energy, including models of electron recombination and detector response. The algorithm can be used to measure the energies of particles that interact before they stop, such as charged pions that are absorbed by argon nuclei. The algorithm's energy measurement resolutions and fractional biases are presented as functions of particle kinetic energy and number of track hits using samples of stopping secondary charged pions in data collected by the ProtoDUNE-SP detector, and also in a detailed simulation. Additional studies describe the impact of thedE/dxmodel on energy measurement performance. The method described in this paper to characterize the energy measurement performance can be repeated in any LArTPC experiment using stopping secondary charged pions.  more » « less
Award ID(s):
2310154 2410721 2207171
PAR ID:
10588190
Author(s) / Creator(s):
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Corporate Creator(s):
Publisher / Repository:
Institute of Physics
Date Published:
Journal Name:
Journal of Instrumentation
Volume:
20
Issue:
02
ISSN:
1748-0221
Page Range / eLocation ID:
P02021
Format(s):
Medium: X
Sponsoring Org:
National Science Foundation
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  2. Abstract A significant challenge in measurements of neutrino oscillations is reconstructing the incoming neutrino energies. While modern fully-active tracking calorimeters such as liquid argon time projection chambers in principle allow the measurement of all final state particles above some detection threshold, undetected neutrons remain a considerable source of missing energy with little to no data constraining their production rates and kinematics. We present the first demonstration of tagging neutrino-induced neutrons in liquid argon time projection chambers using secondary protons emitted from neutron-argon interactions in the MicroBooNE detector. We describe the method developed to identify neutrino-induced neutrons and demonstrate its performance using neutrons produced in muon-neutrino charged current interactions. The method is validated using a small subset of MicroBooNE’s total dataset. The selection yields a sample with$$60\%$$ 60 % of selected tracks corresponding to neutron-induced secondary protons. At this purity, the integrated efficiency is 8.4% for neutrons that produce a detectable proton. 
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