Search for a diffuse astrophysical neutrino flux with KM3NeT/ARCA

Τα τελευταία χρόνια, η πολυμηνυματική αστροφυσική έχει καθιερωθεί ως ένα από τα πλέον δυναμικά πεδία της αστροφυσικής υψηλών ενεργειών. Τηλεσκόπια νετρίνων όπως το IceCube, έχουν καταστήσει εφικτή την ταυτοποίηση κοσμικών πηγών νετρίνων, ανοίγοντας ένα νέο παράθυρο στην κατανόηση των πιο ακραίων αστροφυσικών φαινομένων. Την ίδια στιγμή, πειραματα όπως το KM3NeT και το Baikal-GVD, έχουν φτάσει σε επίπεδα ανιχνευτικού όγκου, ικανά να συμμετέχουν σε αυτές τις προσπάθειες. Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει μια ανάλυση βασισμένη σε Monte Carlo προσομοιώσεις στο πλαίσιο του πειράματος KM3NeT, με στόχο τη διάκριση γεγονότων αλληλεπιδράσεων νετρίνων κοσμίκής προέλευσης που παρά- γουν αδρονικούς και ηλεκτρομαγνητικούς καταιονισμούς, showers, έναντι του κυρίαρχου υποβάθρου ατμοσφαιρικών μιονίων, αποτελώντας μία από τις πρώτες προσπάθειες μελέτης κοσμικών γεγονότων τύπου shower. Η μελέτη αξιολογεί την απόδοση τoυ μελλοντικά πλήρως κατασκευασμένου ανιχνευτή ARCA, ο οποίος θα αποτελείται από δύο συστοιχίες ανιχνευτών, καθένας εκ των οποίων θα περιλαμβάνει 115 Μονάδες Ανίχνευσης (Detection Units), βελτιστοποιημένες για την ανίχνευση νετρίνων υψηλής ενέργειας. Μία τέτοιου τύπου μελέτη παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιφέρον, καθώς δίνει πρόσβαση σε όλο το εύρος γεύσεων (NC όλων των γεύσεων, CC νe , και ντ ,), σε αντίθεση με τις μελέτες γεγονότων τύπου track που κυριαρχούνται από νετρίνα μιονίου CC, και αντιμετωπίζουν ευκολότερα το ισοτροπικό υπόβραθρο ατ- μοσφαιρικών μιονίων. Ακόμα παρέχουν πληθώρα πληροφοριών, επιτρέποντας έτσι την καλύτερη ανακατασκευή ενέργειας, μετρήσεις του λόγου γεύσεων, και ελέγχους ταλαντώσεων. Η ανάλυση βασίζεται σε δείγματα Monte Carlo προσομοιωμένων γεγονότων ατμοσφαιρικών μιονίων και νετρίνων, υπ- οθέτοντας πρότυπη αστροφυσική ροή νετρίνων με φασματικές παραμέτρους ϕ0 = 1.44×10−18 GeV−1 , cm−2 , s−1 , sr−1 και γ = 2.37. Αρχικά ορίστηκε ένα σύνολο βελτιστοποιημένων κριτηρίων, με στόχο την απομόνωση καλά ανακατασκευασ- μένων και αξιόπιστα εντοπισμένων γεγονότων κοσμικών νετρίνων και την αποτελεσματική καταστολή των ατμοσφαιρικών μιονίων. Η διαδικασία αυτή οδήγησε σε ποσοστιαία επιλογή σήματος άνω του 94%, με ταυτόχρονη μείωση του υπ- οβάθρου κατά περίπου 82%. Στη συνέχεια ορίστηκαν περισσότερες από 80 νέες μεταβλητές, βάσει των μορφολογικών και φυσικών χαρακτηριστικών των συμβάντων τύπου shower και track. ΄Ενα υποσύνολο αυτών, επιλεγμένο βάσει της ANOVA F-statistic κατανομής τους, χρησιμοποιήθηκε για την εκπαίδευση αλγορίθμου μηχανικής μάθησης βασισμέ- νου στον αλγόριθμο Boosted Decision Tree (BDT), με στόχο τη βελτιστοποίηση της διάκρισης μεταξύ σήματος και υποβάθρου. Δύο ανεξάρτητα μοντέλα BDT αναπτύχθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν για την επιλογή ανερχόμενων και, για πρώτη φορά, κατερχόμενων συμβάντων, λαμβάνοντας υπόψη τις διαφορετικές ιδιότητες του υποβάθρου σε κάθε περίπτωση. Το βέλτιστο μοντέλο σημείωσε αποδοτικότητα σήματος άνω του 46% και καταστολή ατμοσφαιρικών μιονίων μεγαλύτερη του 95% για διαφορετικά κατώφλια BDT score. Η ανάλυση επικεντρώνεται σε αλληλεπιδράσεις νετρίνων και άντι-νετρίνων ηλεκτρονίου( νe and ν¯e ΝC και CC αλληλεπιδράσεων) παρέχοντας ένα σαφές σημείο αναφοράς για την αξιολόγηση της απόδοσης ανακατασκευής συμβάντων τύπου shower και της αποτελεσματικότητας της ταξινόμησης. H εργασία αυτή διαμορφώνει ένα ισχυρό πλαίσιο για μελλοντικές αναλύσεις συμβάντων αδρονικών και ηλεκτρομαγν- ητικών καταιονισμών, αποτελώντας τη βάση για περαιτέρω αξιολόγηση του αλγορίθμου μηχανικής μάθησης σε όλο το εύρος γεύσεων νετρίων, εκτίμηση της καθαρότητας του δείγματος σε γεγονότα καταιονισμών και υπολογισμό της ευ- αισθησίας του ανιχνευτή σε διάχυτη ροή νετρίνων κοσμολογίκης προέλευσης, για τον πλήρη κατασκευασμένο ανιχνευτή KM3NeT/ARCA230.

Authors dc:creator

• ΛΙΟΓΚΑ ΕΛΕΝΗ-ΛΗΔΑ
• LIOGKA ELENI-LIDA

• Θετικές Επιστήμες
• Science

Language dc:language

English

Identifier

uoadl:5373021

OAI identifier oai:identifier

oai:lib.uoa.gr:uoadl:5373021