The track-length extension fitting algorithm for energy measurement of interacting particles in liquid argon TPCs and its performance with ProtoDUNE-SP data

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Název: The track-length extension fitting algorithm for energy measurement of interacting particles in liquid argon TPCs and its performance with ProtoDUNE-SP data
Autoři: Abed Abud, A., Abi, B., Acciarri, R., Acero, M.A., Adames, M.R., Adamov, G., Adamowski, M., Adams, D., Adinolfi, M., Adriano, C., Aduszkiewicz, A., Aguilar, J., Akbar, F., Alex, N.S., Allison, K., Alonso Monsalve, S., Alrashed, M., Alton, A., Alvarez, R., Alves, T., Amar, H., Amedo, P., Anderson, J., Andreopoulos, C., Andreotti, M., Andrews, M.P., Andrianala, F., Andringa, S., Anfimov, N., Ankowski, A., Antic, D., Antoniassi, M., Antonova, M., Antoshkin, A., Aranda-Fernandez, A., Arellano, L., Arrieta Diaz, E., Arroyave, M.A., Asaadi, J., Ashkenazi, A., Asner, D., Asquith, L., Atkin, E., Auguste, D., Aurisano, A., Aushev, V., Autiero, D., Azam, M.B., Azfar, F., Back, A., Back, H., Back, J.J., Bagaturia, I., Bagby, L., Balashov, N., Balasubramanian, S., Baldi, P., Baldini, W., Baldonedo, J., Baller, B., Bambah, B., Banerjee, R., Barao, F., Barbu, D., Barenboim, G., Barham Alzás, P., Barker, G.J., Barkhouse, W., Barr, G., Barranco Monarca, J., Barros, A., Barros, N., Barrow, D., 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Informace o vydavateli: IOP Publishing
Rok vydání: 2025
Sbírka: White Rose Research Online (Universities of Leeds, Sheffield & York)
Popis: 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 the dE/dx model 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.
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Jazyk: English
Relation: https://eprints.whiterose.ac.uk/223945/1/Abed_Abud_2025_J._Inst._20_P02021.pdf; Abed Abud, A., Abi, B., Acciarri, R. et al. (1369 more authors) (2025) The track-length extension fitting algorithm for energy measurement of interacting particles in liquid argon TPCs and its performance with ProtoDUNE-SP data. Journal of Instrumentation, 20 (02). P02021. ISSN 1748-0221
Dostupnost: https://eprints.whiterose.ac.uk/223945/
https://eprints.whiterose.ac.uk/223945/1/Abed_Abud_2025_J._Inst._20_P02021.pdf
Rights: cc_by_4
Přístupové číslo: edsbas.D15416C8
Databáze: BASE
Popis
Abstrakt: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 the dE/dx model 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.