Il Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) è un esperimento di nuova generazione di tipo long-baseline, che utilizza un fascio di neutrini generato da un acceleratore ed è concepito per studiare le oscillazioni dei neutrini con una sensibilità senza precedenti. Il fascio, ad alta intensità e a larga banda energetica, viene osservato da un complesso di rivelatori vicini (Near Detector, ND) installati a Fermilab e da un rivelatore lontano (Far Detector, FD) collocato a circa 1300 km di distanza presso il Sanford Underground Research Facility. Il System for on-Axis Neutrino Detection (SAND) è uno dei tre sottosistemi del ND e fornisce un monitoraggio continuo on-axis del fascio, supportando un ampio programma di fisica. In questo lavoro si descrivono la progettazione e la validazione di un algoritmo dedicato alla ricostruzione per il calorimetro elettromagnetico (ECAL) di SAND, insieme a una procedura di associazione alla verità Monte Carlo (truth matching) che collega le particelle simulate ai cluster da esse prodotti. Tale procedura è stata utilizzata per validare il framework di ricostruzione, da cui è stata ottenuto nella simulazione un valore di risoluzione dell'energia dell'ECAL sigma_E/E = (5.02 \pm 0.15)%/sqrt(E [GeV]) e per esplorare una strategia di calibrazione in situ basata su muoni prodotti da interazioni di neutrini nella roccia circostante e all’interno di SAND stesso. In parallelo è stato sviluppato e messo in funzione, presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF), un sistema di test per la caratterizzazione dei moduli dell'ECAL utilizzando i raggi cosmici, in condizioni controllate, che fornisce misure indipendenti della risposta in ADC e TDC, complementari agli studi di calibrazione basati sulla simulazione e utili a validarli. Gli strumenti sviluppati in questo lavoro pongono le basi per un programma di calibrazione completo per l’ECAL di SAND.
The Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) is a next-generation long-baseline accelerator programme that will probe neutrino oscillations with unprecedented sensitivity. It will observe a high-intensity wide-band beam using a Near-Detector (ND) complex at Fermilab and a Far Detector (FD) $\sim$1300 km away at the Sanford Underground Research Facility. The System for on-Axis Neutrino Detection (SAND) is one of the three ND subsystems, providing continuous on-axis monitoring and supporting a broad physics programme. This work presents the design and validation of a dedicated reconstruction–clustering algorithm for the SAND electromagnetic calorimeter (ECAL), together with a truth-matching procedure that associates Monte Carlo particles with the clusters they create. The truth-matching algorithm is used to validate the reconstruction framework, yielding in simulation an ECAL energy resolution sigma_E/E = (5.02 \pm 0.15)%/sqrt(E [GeV]), and to explore an in-situ calibration strategy based on muons produced by neutrino interactions in the surrounding rock and in SAND itself. In parallel, a cosmic-ray stand was developed and commissioned at Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) to characterise ECAL modules under controlled conditions, providing independent measurements of ADC and TDC responses that complement and validate the simulation-based calibration studies. The tools developed here provide the foundation for a comprehensive, data-driven calibration programme for the SAND ECAL.
Development of Reconstruction algorithms and Truth-Matching Tools for calibration studies of the SAND Electromagnetic Calorimeter at DUNE
D'AMICO, RICCARDO
2026
Abstract
Il Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) è un esperimento di nuova generazione di tipo long-baseline, che utilizza un fascio di neutrini generato da un acceleratore ed è concepito per studiare le oscillazioni dei neutrini con una sensibilità senza precedenti. Il fascio, ad alta intensità e a larga banda energetica, viene osservato da un complesso di rivelatori vicini (Near Detector, ND) installati a Fermilab e da un rivelatore lontano (Far Detector, FD) collocato a circa 1300 km di distanza presso il Sanford Underground Research Facility. Il System for on-Axis Neutrino Detection (SAND) è uno dei tre sottosistemi del ND e fornisce un monitoraggio continuo on-axis del fascio, supportando un ampio programma di fisica. In questo lavoro si descrivono la progettazione e la validazione di un algoritmo dedicato alla ricostruzione per il calorimetro elettromagnetico (ECAL) di SAND, insieme a una procedura di associazione alla verità Monte Carlo (truth matching) che collega le particelle simulate ai cluster da esse prodotti. Tale procedura è stata utilizzata per validare il framework di ricostruzione, da cui è stata ottenuto nella simulazione un valore di risoluzione dell'energia dell'ECAL sigma_E/E = (5.02 \pm 0.15)%/sqrt(E [GeV]) e per esplorare una strategia di calibrazione in situ basata su muoni prodotti da interazioni di neutrini nella roccia circostante e all’interno di SAND stesso. In parallelo è stato sviluppato e messo in funzione, presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF), un sistema di test per la caratterizzazione dei moduli dell'ECAL utilizzando i raggi cosmici, in condizioni controllate, che fornisce misure indipendenti della risposta in ADC e TDC, complementari agli studi di calibrazione basati sulla simulazione e utili a validarli. Gli strumenti sviluppati in questo lavoro pongono le basi per un programma di calibrazione completo per l’ECAL di SAND.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
