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Optimization of Radio Detectors of Ultra-High-Energy Neutrinos through Deep Learning and Differential Programming

Description du projet

Pour des taux de détection plus élevés des neutrinos à ultra-haute énergie

La détection des neutrinos à ultra -haute énergie (UHE, E > 10^17 eV) représente une avancée majeure dans le domaine de la physique des astroparticules, la détection radio étant la seule méthode disponible. Cependant, en raison de leur faible flux, même les grandes installations telles que l’observatoire de neutrinos IceCube-Gen2 prévu au pôle Sud ne peuvent détecter que quelques événements par an. Le projet NuRadioOpt, financé par le CER, vise à améliorer les détecteurs de neutrinos à ultra-haute énergie en doublant le taux de détection et en améliorant la qualité des événements grâce à l’apprentissage profond et à la programmation différentielle. Il remplacera les déclencheurs traditionnels basés sur des seuils par des réseaux neuronaux, ce qui permettra d’obtenir des taux de détection plus élevés sans coûts matériels importants. Le projet optimisera la détermination de la direction et de l’énergie des neutrinos, ce qui correspond parfaitement aux objectifs de l’installation IceCube-Gen2 envisagée.

Objectif

Detection of neutrinos at ultra-high energies (UHE, E >10^17eV) would be one of the most important breakthroughs in astroparticle physics in the 21st century and would open a new window to the most violent phenomena in our universe. Radio detection remains the only viable technique at these energies.
However, owing to the expected small flux of UHE neutrinos, the detection rate will be small, with just a handful of events per year, even for large future facilities like the IceCube-Gen2 neutrino observatory at the South Pole.
In this project, I will enhance the science capabilities of UHE neutrino detectors substantially by increasing the detection rate of neutrinos and improving the quality of each detected event, using recent advances in deep learning and differential programming. I will replace the threshold-based trigger foreseen for future detectors with neural networks, increasing the detection rate of UHE neutrinos by a factor of two at negligible additional hardware costs. I will perform an end-to-end optimization using differential programming and deep learning to improve the determination of the neutrino direction and energy.
My previous work on developing state-of-the-art MC simulation codes, my experience in data analysis, designing reconstruction algorithms and deep learning, and my leadership role in IceCube-Gen2 will enable this ERC project.
The timing of this project is perfect for influencing IceCube-Gen2 - the largest facility for astroparticle physics with neutrinos for the next decade - whose construction is planned to start in 2027. With this ERC project, IceCube-Gen2 will be able to expedite the discovery of UHE neutrino fluxes by up to a factor of five, see sources from deeper in our Universe increasing the observable volume by a factor of three, and measure the neutrino-nucleon cross-section at EeV energies with 3x smaller uncertainty. Hence, NuRadioOpt will substantially increase the capabilities of future observatories for UHE neutrinos.

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITAT DORTMUND
Contribution nette de l'UE
€ 1 738 721,00
Adresse
AUGUST SCHMIDT STRASSE 4
44227 Dortmund
Allemagne
Région
Nordrhein-Westfalen Arnsberg Dortmund, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 738 721,00

Bénéficiaires (2)