Background simula0on for 35-ton data DUNE 35-ton simula0on - - PowerPoint PPT Presentation

Background ¡simula0on ¡for ¡35-­‑ton ¡data ¡

David ¡Adams ¡ BNL ¡ October ¡5, ¡2016 ¡

DUNE ¡35-­‑ton ¡simula0on ¡and ¡ reconstruc0on ¡

Introduc0on ¡

Like ¡to ¡have ¡realis0c ¡BG ¡simula0on ¡for ¡35-­‑ton ¡

• Want ¡to ¡understand ¡the ¡effect ¡of ¡BG ¡on ¡signal ¡reconstruc0on ¡
• Can ¡measure ¡this ¡directly ¡if ¡we ¡know ¡the ¡true ¡signal ¡
• Need ¡accurate ¡descrip0on ¡of ¡the ¡background ¡

– Level ¡ – Time ¡correla0ons ¡(frequency ¡spectrum) ¡ – Channel ¡correla0ons ¡ – Run-­‑to-­‑run ¡and ¡event-­‑to-­‑event ¡varia0ons ¡in ¡all ¡the ¡above ¡

• Effect ¡of ¡BG ¡removal ¡on ¡signal ¡reconstruc0on ¡
• Expect ¡channel-­‑coherent ¡noise ¡removal ¡to ¡have ¡a ¡big ¡effect ¡on ¡the ¡signal ¡
• Can ¡be ¡studied ¡without ¡BG ¡but ¡BG ¡will ¡change ¡the ¡removal ¡es0mate ¡

Redmine ¡0cket ¡created ¡asking ¡for ¡this ¡BG ¡simula0on ¡

• hTps://cdcvs.fnal.gov/redmine/issues/14082 ¡
• Thanks ¡to ¡MaT ¡for ¡pu[ng ¡this ¡in ¡
• And ¡to ¡him ¡and ¡Dom ¡(and ¡me) ¡for ¡contribu0ng ¡to ¡discussion ¡thus ¡far ¡
• More ¡ideas ¡and ¡design/code ¡welcome ¡
• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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Ideas ¡

Correla0ons ¡

• There ¡are ¡two ¡types ¡of ¡BG ¡correla0ons ¡
• Coherence: ¡correla0on ¡between ¡0me ¡bins ¡

– Leads ¡to ¡frequency ¡spectrum ¡that ¡is ¡not ¡flat ¡

• Correla*on: ¡channel-­‑to-­‑channel ¡correla0ons ¡

– Add ¡systema0c ¡biases ¡in ¡charge ¡measurements ¡between ¡channels ¡(bad) ¡ – BG ¡in ¡one ¡channel ¡can ¡be ¡es0mated ¡(and ¡then ¡removed) ¡using ¡the ¡signals ¡ from ¡other ¡channels ¡(good) ¡ » Signal ¡pollu0on ¡

• I ¡will ¡try ¡to ¡s0ck ¡with ¡this ¡naming ¡conven0on ¡(coherence ¡vs. ¡correla0on) ¡

Two ¡approaches ¡being ¡considered ¡

• Direct ¡simula0on ¡of ¡the ¡noise ¡
• Take ¡noise ¡from ¡the ¡data ¡

Following ¡slides ¡consider ¡each ¡separately ¡

• Do ¡we ¡want ¡one ¡or ¡both? ¡
• Discussion ¡encouraged ¡
• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

3 ¡

Example ¡noise ¡plots ¡

First ¡some ¡example ¡noise ¡frequency ¡plots ¡

• From ¡my ¡talk ¡last ¡week ¡
• For ¡one ¡“typical” ¡collec0on ¡and ¡induc0on ¡channel ¡for ¡one ¡event ¡
• I ¡only ¡looked ¡carefully ¡at ¡about ¡50 ¡channels ¡in ¡the ¡one ¡event ¡
• Clearly ¡need ¡a ¡more ¡comprehensive ¡survey ¡before ¡drawing ¡too ¡many ¡

conclusions ¡

• Observe ¡that ¡correlated ¡noise ¡removal ¡decreases ¡BG ¡by ¡about ¡50X ¡
• But ¡coherent ¡BG ¡is ¡s0ll ¡about ¡50X ¡above ¡incoherent ¡
• è ¡Both ¡coherence ¡and ¡correla0on ¡are ¡very ¡important ¡
• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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Collec0on ¡example ¡

• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

5 ¡

Incoherent ¡BG: ¡200 ¡(ADC ¡count)2 ¡ corresponds ¡to ¡4.5 ¡(ADC ¡count)/0ck ¡ Even ¡with ¡NR, ¡coherent ¡BG ¡dominates. ¡

Induc0on ¡example ¡

• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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Same ¡comments ¡as ¡for ¡collec0on. ¡

Direct ¡noise ¡simula0on ¡

Progressively ¡sophis0cated ¡simula0on ¡of ¡noise ¡

• Get ¡the ¡right ¡level ¡(RMS) ¡using ¡incoherent ¡and ¡uncorrelated ¡noise ¡
• Request ¡from ¡Mark ¡last ¡week ¡
• Add ¡(0me) ¡coherence ¡
• I.e. ¡get ¡approximately ¡correct ¡frequency ¡spectrum ¡
• Is ¡exis0ng ¡Exponen0alChannelNoiseService ¡sufficient? ¡
• Do ¡we ¡need ¡more ¡than ¡nearest-­‑neighbor ¡correla0ons ¡(red/pink ¡noise)? ¡
• Add ¡channel ¡correla0ons ¡
• Need ¡these ¡because ¡they ¡are ¡used ¡in ¡noise ¡removal ¡which ¡is ¡likely ¡

distor0ng ¡signals ¡

• Requires ¡new ¡service ¡and ¡likely ¡change/addi0on ¡of ¡interface ¡
• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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Data-­‑driven ¡noise ¡es0mates ¡

Take ¡noise ¡from ¡data ¡

• I.e. ¡overlay ¡raw ¡data ¡from ¡35-­‑ton ¡on ¡simulated ¡signal ¡
• BG ¡includes ¡both ¡electronic ¡noise ¡and ¡cosmic ¡signals ¡(good?) ¡
• So ¡typical ¡signal ¡would ¡be ¡a ¡single ¡muon ¡(or ¡other ¡par0cle) ¡

Want ¡background ¡to ¡be ¡unbiased ¡(or ¡minimally ¡biased) ¡

• Scin0llator ¡triggers ¡occur ¡ ¡in ¡0cks ¡4000-­‑5000 ¡or ¡5000-­‑6000 ¡
• Depending ¡on ¡run ¡
• Do ¡we ¡have ¡any ¡events ¡with ¡unbiased ¡trigger? ¡
• E.g. ¡random ¡or ¡accidental ¡
• Can ¡we ¡use ¡channels ¡7000-­‑15000 ¡in ¡scin0llator-­‑triggered ¡events? ¡
• MC ¡data ¡would ¡have ¡smaller ¡window ¡(8k ¡vs. ¡15k ¡0cks) ¡that ¡data ¡

– OK ¡for ¡most/all ¡studies? ¡

• Alterna0ve ¡is ¡to ¡look ¡for ¡events ¡with ¡0ck ¡ranges ¡that ¡show ¡no ¡

evidence ¡of ¡signal ¡

• Then ¡BG ¡would ¡not ¡include ¡cosmics—use ¡this ¡with ¡full ¡cosmic ¡simula0on ¡
• E.g. ¡if ¡someone ¡wants ¡to ¡use ¡35-­‑ton ¡to ¡measure ¡cosmic ¡flux ¡
• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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The ¡end ¡

• D. ¡Adams, ¡BNL ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡DUNE ¡FD ¡sim/reco ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡BG ¡simula0on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡October ¡5, ¡2016 ¡

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