Facettenaugen ins Universum: Ereignis-Rekonstruktion im IceCube-Upgrade mit Transformator-basierten neuronalen Netzen für optische Multi-PMT mDOM-Sensoren

• Antragsteller: Professor Dr. Christopher Wiebusch
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551395962

Das IceCube-Neutrino-Observatorium zielt mit seinem bevorstehenden Upgrade auf bahnbrechende Messungen von Oszillationen atmosphärischer Neutrinos. Das Upgrade wird die Fähigkeiten des Observatoriums durch den Einbau von 700 neuen optischen Sensoren, darunter 400 digitale optische Multi-PMT-Module (mDOMs), in das bestehende Array erheblich verbessern. Diese Verbesserungen zielen darauf ab, den Nachweis und die Analyse von atmosphärischen Neutrinoereignissen bis zu einer Energie von wenigen GeV zu verbessern. Das mDOM als zentrale Komponente des Upgrades verfügt über einen stark vergrößerten, omnidirektionalen und segmentierten Fotodetektionsbereich. Dies stellt bestehende Rekonstruktionsmethoden vor Herausforderungen, die bis heute nicht vollständig gelöst werden konnten. Wir schlagen die Anwendung von auf Transformern basierenden neuronalen Netzwerkalgorithmen für die Ereignisrekonstruktion vor, die der erhöhten Komplexität und Datenmenge gerecht werden, die von dem erweiterten Sensorarray erwartet wird. Durch den Einsatz modernster maschineller Lerntechniken, insbesondere neuronaler Netze, soll die Rekonstruktion von Neutrino-Wechselwirkungen im Eis verfeinert und die Auflösung der Messung von Richtung und Energie verbessert werden. Diese Initiative verspricht nicht nur, unser Verständnis der Neutrinoeigenschaften und -wechselwirkungen zu verbessern, sondern stärkt auch die wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen Südkorea und Deutschland.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Kooperationspartner: Professor Dr. Chang Hyon Ha